Protein-kodierende und nicht-kodierende Gene

Nicht jedes Gen produziert ein Protein. Protein-kodierende Gene werden in Boten-RNA transkribiert, die in ein Protein übersetzt wird, während nicht-kodierende Gene funktionelle RNA-Moleküle produzieren, die als RNA agieren – indem sie andere Moleküle regulieren, verarbeiten oder als Gerüst dienen. Die Genomanotation unterscheidet diese Klassen, und nicht-kodierende Gene erweisen sich als zahlenmäßig weitaus größer als die lange angenommene, rein proteinorientierte Sichtweise des Genoms.

Definition

Ein protein-kodierendes Gen wird in mRNA transkribiert, die in Protein übersetzt wird; ein nicht-kodierendes Gen wird in eine funktionelle RNA (wie eine lange nicht-kodierende RNA, microRNA oder andere untranslatierte RNA) transkribiert, die ihre Rolle als RNA erfüllt, ohne übersetzt zu werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die Unterscheidung zwischen protein-kodierenden und nicht-kodierenden Genen, die Hauptklassen funktioneller nicht-kodierender RNA und wie die Genomanotation Gene diesen Kategorien zuordnet. Es handelt sich um Referenz- und Bildungsmaterial; Krankheitsassoziationen nicht-kodierender Gene werden allgemein beschrieben, nicht als klinische Leitlinie.

Core questions

• Was unterscheidet ein protein-kodierendes Gen von einem nicht-kodierenden Gen?
• Was sind die Hauptklassen funktioneller nicht-kodierender RNA?
• Wie entscheidet die Genomanotation, ob ein Transkript kodierend ist?
• Warum sind nicht-kodierende Gene biologisch wichtig, obwohl sie kein Protein herstellen?

Key concepts

• Protein-kodierendes Gen
• Boten-RNA (mRNA)
• Nicht-kodierende RNA (ncRNA)
• Lange nicht-kodierende RNA (lncRNA)
• MicroRNA und kleine regulatorische RNA
• Funktionelle RNA versus untranslatierte Sequenz
• Genomanotation und Kodierungspotenzial

Mechanisms

Protein-kodierende Gene werden transkribiert, die mRNA wird prozessiert und exportiert, und Ribosomen übersetzen ihren offenen Leserahmen in Protein. Nicht-kodierende Gene werden transkribiert, aber ihre Produkte falten sich und agieren als RNA: Lange nicht-kodierende RNAs können Chromatin-Modifikatoren leiten, Proteinkomplexe als Gerüst dienen oder benachbarte Gene regulieren, während kleine RNAs wie microRNAs mit Ziel-Nachrichten paaren, um deren Stabilität und Translation zu kontrollieren. Annotationspipelines klassifizieren ein Transkript anhand von Merkmalen wie dem Vorhandensein und der Konservierung eines offenen Leserahmens, um kodierende von nicht-kodierenden Genen zu unterscheiden.

Clinical relevance

Da nicht-kodierende Gene die Expression regulieren, können Varianten in ihnen oder in ihren Zielen zur Krankheit beitragen, auch wenn keine Proteinsequenz verändert wird; die Erkenntnis, ob ein Gen kodierend oder nicht-kodierend ist, beeinflusst daher die Interpretation von Varianten. Dieses Thema bietet diesen konzeptionellen Hintergrund zu Referenz- und Bildungszwecken und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

Epidemiology

Genomweite Annotationen zeigen, dass das menschliche Genom eine vergleichbare Anzahl langer nicht-kodierender RNA-Gene wie seine etwa zwanzigtausend protein-kodierenden Gene enthält und dass ein großer Teil des Genoms in nicht-kodierende RNA transkribiert wird, was nicht-kodierende Gene als quantitativ wichtigen Bestandteil des Genkomplements und nicht als geringfügige Kuriosität etabliert.

Evidence & guidelines

Der Katalog menschlicher nicht-kodierender Gene stammt aus systematischer Transkriptom-Annotation: ENCODE kartierte die pervasive Transkription über das Genom hinweg, und GENCODE-basierte Studien erstellten Referenzkataloge langer nicht-kodierender RNAs, die deren Genstruktur, Konservierung und Expression beschreiben und als Annotationsstandard dienen.

History

Jahrzehntelang wurde das Gen mit einer protein-kodierenden Einheit gleichgesetzt, wobei strukturelle RNAs als eine kleine Anzahl von Ausnahmen behandelt wurden. Transkriptomstudien in den 2000er Jahren zeigten, dass ein Großteil des Genoms in nicht-kodierende RNA transkribiert wird und dass Tausende langer nicht-kodierender RNA-Gene existieren, was die Definition eines Gens auf funktionelle RNA-Produkte erweiterte.

Debates

Wie viele nicht-kodierende Transkripte sind wirklich funktionell?

Pervasive Transkription produziert eine große Anzahl nicht-kodierender RNAs, aber die Unterscheidung zwischen solchen mit biologischer Funktion und transkriptionellem Rauschen bleibt umstritten und hängt von Konservierung, Expressionsspezifität und experimentellen Belegen ab.

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

• encode-2012
• derrien-2012
• cabili-2011

Frequently asked questions

Wenn ein nicht-kodierendes Gen kein Protein herstellt, was tut es dann?

Sein RNA-Produkt ist selbst funktionell: Lange nicht-kodierende RNAs können Chromatin und Genexpression regulieren, und kleine RNAs wie microRNAs kontrollieren die Stabilität und Translation anderer Nachrichten.

Wie unterscheiden Wissenschaftler ein kodierendes Gen von einem nicht-kodierenden?

Die Annotation bewertet das Kodierungspotenzial eines Transkripts – hauptsächlich, ob es einen konservierten offenen Leserahmen enthält, der wahrscheinlich translatiert wird – um es als protein-kodierend oder nicht-kodierend zu klassifizieren.