Основной задачей геномики является определение функции последовательностей, которые не кодируют белков, но составляют основную массу генома - почти 99% у людей. Существенная фракция этих последовательностей является псевдогенами древнейшими из родоначальных белков и хотя большинство из них транскрибируется в РНК, они до сих пор считаются 'отбросами'. Однако учитывая обилие псевдогенов, становится маловероятным. что они бесполезны. Одной из предполагаемых их функций является регуляция генов и RNA interference (RNAi) . 6 работ 1, 2, 3, 4, 5, 6, включая 3 из данного номера (стр. 793, 798 and 803), существенно расширяют возможности RNAi благодаря описанию открытия естественных small interfering RNA (siRNA) последовательностей у мышей и плодовых мух, некоторые из которых потенциально транскрибируются с псевдогенов. в

В учебниках псевдогены определяются как наследственные генетические элементы, которые сходны с функционирующими генами, хотя и не функциональны. Но что означает нефункциональные является спорным - не транскрибируются, не транслируются или не находятся под контролем промоторной послевовательности? Псевдогены сходны с белок-кодирующими генами, т .к. они обычно копируются с родительского гена или в результате неудачной дупликации или путем ретротранспозиции (каким образом ген транскрибируется в РНК, которая затем 'reverse-transcribed' обратно в ДНК и вставляется в какое-либо иное место генома). Т.к. все эти копирования не дают нормального, функционирующего белка, то псевдогены обычно идентифицируются по очевидному 'выпадению из строя' их последовательностей, таких как сдвиг рамки считывания или преждевременные стоп-кодоны. Они интересны, т.к. они предоставляют собой запись родоначальных молекул, кодируемых в геноме.

Хотя псевдогены обычно рассматриваются как эволюционно тупиковые концы ('dead-ends'), одним из сюрпризов секвенирования генома стало их обилие: десятки тысяч псевдогенов обнаруживаются в геномах млекопитающих (примерно в тех же самых количествах, что белок кодирующие гены у всех секвенированных млекопитающих)⁷. Кроме того, большая пропорция этих последовательностей, по-видимому, находится в некоей форме очищенных последовательностей⁸ - посредством чего естественный отбор элиминирует вредные мутации из популяций - а генетические элементы при действии отбора, по-видимому, приносят какую-то пользу. Наконец, несколько крупномасштабных геномных исследований зондов не-генных частей генома на биохимическую активность установили, что многие псевдогены, транскрибируются и регуляторные факторы соединяются выше их. Одно такое исследование, пилотный проект ENCODE⁹, который анализировал репрезентативный 1% последовательностей в геноме человека и получил строгие доказательства, что, по крайней мере 1/5 псевдогенов активно транскрибируется.

Эти наблюдения указывают на то, что псевдогены могут быть не просто чисто мертвыми реликтами прошлых генов, но может быть возрождены для новых биохимических активностей. В самом деле, функционирующие псевдогены были уже описаны. Напр., у улиток псевдоген вовлекается в контроль трансляции гена, котоый кодирует nitric oxide synthase¹⁰. А транскрипты мышиного псевдогена makorin1-p1, как было предположено, ингибируют деградацию мРНК их родительского гена, эффективно усиливая его экспрессию¹¹, хотя это наблюдение считается спорным. Тем не менее четкий механизм функционирования псевдогенов отсутствует. 6 исследований - 4 на мухах^1-4 и два на мышах^{5, 6} - указывают на такой прямой путь, показав, что транскрипты псевдогенов могут действовать как естественные siRNAs.

Широко обсуждаемая RNAi использует различные типы малых 'guide' РНК последовательностей для регуляции уровней белка путем путем направления мРНК на деградацию. Псевдогенные siRNAs предоставляют две из 4-х категорий, постулированных в этих 6 исследованиях, чтобы организовать естественные или 'endo', siRNAs (Box 1).

Endo-siRNAs в первой категории обеспечивают молчание транспозонов, которое обычно является свойством Piwi-interacting RNAs (piRNAs). Исследования были проведены очень тщательно, чтобы определить отличия между endo-siRNAs, ассоциированными с транспозонами и piRNAs на основании размеров (21-22 нуклеотида в противовес 24-30) и по эффекторному белку партнеру Argonaute (Ago2 в противоположность Piwi). Вторая категория endo-siRNAs возникает благодаря двунаправленной транскрипции частично перекрывающихся локусов на оппозитной нити ДНК^{1, 12}. Исследования на мышах^{5, 6} идентифицировали несколько таких примеров, и около 1,000 было описано у мух¹, с их генами мишенями, состоящими в основном из тех, что обладают функциями нуклеиновых кислот, таких как нуклеазная активность и связывание

Третья категория siRNAs, которая была идентифицирована только у мышей^{5, 6}, является продуктом взаимодействия между сплайсированной мРНК с белок-кодирующего родительского гена и антисмыслового транскрипта с его псевдогена, который может располагаться вдали от своего родительского гена на той же или др. хромосоме (Fig. 1a). Endo-siRNAs четвертой категории близко родственны третьей. Они возникают из шпилько-образных последовательностей, которые у мышей могут происходить из структур инвертированных повторов псевдогенов^{5, 6} (Fig. 1b). При этом псевдогены регулируют также свой родительский ген, но предшественник двунитчатой РНК из endo-siRNA возникает в результате транскрипции последовательности инвертированного повтора, продуцирующего шпильку. Сообщения показывают, что мышиные белки, затрагиваемые третьей и четвертой категориями endo-siRNAs диспропорционально вовлекаются в определенные функции - такие как регулировка цитоскелетной динамики - это указывает на то, что лежащая в их основе псевдогеном-обусловленная регуляция безусловно отбирается для этого, а не просто вызывается случайным спариванием транскрибируемых генов и псевдогенов.

Figure 1: Pseudogene-mediated production of endogenous small interfering RNAs (endo-siRNAs). Figure 1 : Pseudogene-mediated production of endogenous small interfering RNAs (endo-siRNAs). Unfortunately we are unable to provide accessible alternative text for this. If you require assistance to access this image, or to obtain a text description, please contact npg@nature.com

Псевдогены возникают посредством копирования родительского гена (путем дупликации или ретротранспозиции). a, An antisense transcript of the pseudogene and an mRNA transcript of its parent gene can then form a double-stranded RNA. b, Pseudogenic endo-siRNAs can also arise through copying of the parent gene as in a and then nearby duplication and inversion of this copy. The subsequent transcription of both copies results in a long RNA, which folds into a hairpin, as one half of it is complementary to its other half. In both a and b, the double-stranded RNA is cut by Dicer into 21-nucleotide endo-siRNAs, which are guided by the RISC complex to interact with, and degrade, the parent gene's remaining mRNA transcripts. The mRNA from genes is in red and that from pseudogenes is in blue. Green arrows indicate DNA rearrangements.