Псевдогены: жалкая копия или неповторимый оригинал?

Как-то мы рассказывали вам, кто ворует интроны и удивляет начинающих интерпретаторов. Теперь пришла пора рассказать и про другие интересные особенности этих последовательностей😱

Псевдогены — это регионы генома, содержащие последовательности дефектных копий генов. Всего в геноме человека насчитывается около 8-13 тысяч псевдогенов.
В зависимости от происхождения выделяют несколько типов псевдогенов:
⚫️Процессированные (ретрокопии)
Образуются в результате встраивания в геном мРНК, не содержащей интроны, посредством обратной транскрипции (процесс ретротранспозиции).
⚫️Непроцессированные
Возникают после дупликации гена и накопления в копии инактивирующих мутаций. При этом исходная функциональная версия гена сохраняется.
⚫️Унитарные
Возникают в результате инактивирующих мутаций в ранее функциональных белок-кодирующих генах без их дупликации, в результате чего рабочая версия гена теряется. Функциональные ортологи гена могут сохраняться у других видов, и именно сравнение с ними позволяет определить, что в данном геноме произошла утрата функции.
⚫️Полиморфные
По сути являются унитарными, однако инактивирующие мутации присутствуют только у части популяции (у части людей сохраняется функционально активная копия гена).

Главная причина, по которой псевдогены затрудняют работу интерпретатора — высокий уровень гомологии с родительскими генами, то есть последовательности гена и псевдогена очень похожи между собой. Короткие прочтения, полученные в результате NGS, трудно корректно картировать на референсный геном из-за сходства последовательностей. Кстати такие прочтения, которые картируются сразу в несколько участков генома, в геномном браузере IGV будут белого цвета. Эта "схожесть последовательностей" в итоге затрудняет аннотацию: сложно или невозможно определить, находится вариант в гене или в псевдогене. Кроме того, популяционная частота вариантов в таких высоко гомологичных областях в базах данных также недостоверна, что усложняет их классификацию.

Тем не менее, многие клинически значимые гены имеют псевдогены, и их корректный анализ критически важен для установления причины заболевания. В таких случаях могут использоваться дополнительные лабораторные методы: секвенирование по Сэнгеру со специально подобранными праймерами, вложенная ПЦР (nested PCR), ПЦР длинных фрагментов (long-range PCR), мультиплексная амплификация лигированных зондов (MLPA) и другие. Вот здесь есть очень полезный список наиболее значимых генов, при подозрении на патологию в которых важно учитывать ограничения стандартного NGS и возможную необходимость применения других диагностических подходов.

В силу предубеждения, что псевдогены не имеют никакой функции, эти последовательности долго упускались исследователями из виду. Однако сейчас появляется все больше доказательств в пользу их биологической значимости. Исходно считалось, что процессированные псевдогены не могут экспрессироваться, однако, например, для генов PGK2, POU5F1B показано образование полноценных функциональных белков (эти гены кстати сейчас переклассифицировали в группу белок-кодирующих😎). Псевдогены могут транскрибироваться, образуя дуплексы с мРНК родительских генов, подавляя тем самым их транскрипцию (например, FLT1P1). Псевдогены PTENP1, KRASP1, BRAFP1 могут регулировать экспрессию генов, выступая в роли молекулярных "губок", собирая микроРНК, предотвращая их связывание с целевыми мРНК родительских генов. Про другие механизмы подробнее можно почитать, например, тут.

Сегодня очевидно, что псевдогены — не просто "генетический балласт", поэтому вместе с пересмотром их роли обсуждается и сам термин. Не исключено, что его заменят на более нейтральный, чтобы избежать путаницы и недооценки значения псевдогенов.

#молбиол_ученый_вариант | @variant_scientist