ژن‌های کدکننده پروتئین و غیرکدکننده

همه ژن‌ها پروتئین نمی‌سازند. ژن‌های کدکننده پروتئین به RNA پیام‌رسان رونویسی می‌شوند که سپس به پروتئین ترجمه می‌گردد، در حالی که ژن‌های غیرکدکننده مولکول‌های RNA عملکردی تولید می‌کنند که خود به عنوان RNA عمل می‌کنند — سایر مولکول‌ها را تنظیم، پردازش یا ساختاربندی می‌کنند. حاشیه‌نویسی ژنوم این دسته‌ها را از هم متمایز می‌کند و مشخص شده است که ژن‌های غیرکدکننده به طور قابل توجهی بیشتر از دیدگاه قدیمی و پروتئین‌محور ژنوم هستند.

Definition

یک ژن کدکننده پروتئین به mRNA رونویسی می‌شود که به پروتئین ترجمه می‌گردد؛ یک ژن غیرکدکننده به یک RNA عملکردی (مانند RNA غیرکدکننده بلند، میکروRNA، یا سایر RNAهای ترجمه نشده) رونویسی می‌شود که نقش خود را به عنوان RNA بدون ترجمه شدن ایفا می‌کند.

Scope

این موضوع به تمایز بین ژن‌های کدکننده پروتئین و غیرکدکننده، دسته‌های اصلی RNAهای غیرکدکننده عملکردی، و نحوه تخصیص ژن‌ها به این دسته‌ها توسط حاشیه‌نویسی ژنوم می‌پردازد. این مطالب مرجع و آموزشی است؛ ارتباط بیماری‌ها با ژن‌های غیرکدکننده به صورت کلی توضیح داده شده است و نه به عنوان راهنمای بالینی.

Core questions

• چه چیزی یک ژن کدکننده پروتئین را از یک ژن غیرکدکننده متمایز می‌کند؟
• دسته‌های اصلی RNA غیرکدکننده عملکردی کدامند؟
• حاشیه‌نویسی ژنوم چگونه تصمیم می‌گیرد که یک رونوشت کدکننده است؟
• چرا ژن‌های غیرکدکننده با وجود عدم تولید پروتئین، از نظر بیولوژیکی مهم هستند؟

Key concepts

• ژن کدکننده پروتئین
• RNA پیام‌رسان (mRNA)
• RNA غیرکدکننده (ncRNA)
• RNA غیرکدکننده بلند (lncRNA)
• میکروRNA و RNA تنظیمی کوچک
• RNA عملکردی در مقابل توالی ترجمه نشده
• حاشیه‌نویسی ژنوم و پتانسیل کدگذاری

Mechanisms

ژن‌های کدکننده پروتئین رونویسی می‌شوند، mRNA پردازش و صادر می‌شود، و ریبوزوم‌ها چارچوب خوانش باز آن را به پروتئین ترجمه می‌کنند. ژن‌های غیرکدکننده رونویسی می‌شوند اما محصولات آن‌ها تا می‌شوند و به عنوان RNA عمل می‌کنند: RNAهای غیرکدکننده بلند می‌توانند تعدیل‌کننده‌های کروماتین را هدایت کنند، کمپلکس‌های پروتئینی را ساختاربندی کنند، یا ژن‌های همسایه را تنظیم کنند، در حالی که RNAهای کوچک مانند میکروRNAها با پیام‌های هدف جفت می‌شوند تا پایداری و ترجمه آن‌ها را کنترل کنند. خطوط لوله حاشیه‌نویسی یک رونوشت را بر اساس ویژگی‌هایی مانند وجود و حفظ چارچوب خوانش باز برای تمایز ژن‌های کدکننده از غیرکدکننده طبقه‌بندی می‌کنند.

Clinical relevance

از آنجا که ژن‌های غیرکدکننده بیان ژن را تنظیم می‌کنند، واریانت‌ها در آن‌ها یا در اهدافشان می‌توانند به بیماری کمک کنند، حتی اگر هیچ توالی پروتئینی تغییر نکند؛ بنابراین، تشخیص اینکه یک ژن کدکننده است یا غیرکدکننده، نحوه تفسیر واریانت‌ها را شکل می‌دهد. این موضوع پیش‌زمینه مفهومی را برای مرجع و آموزش فراهم می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.

Epidemiology

حاشیه‌نویسی در سطح ژنوم نشان می‌دهد که ژنوم انسان حاوی تعدادی ژن RNA غیرکدکننده بلند است که قابل مقایسه با حدود بیست هزار ژن کدکننده پروتئین آن است، و بخش بزرگی از ژنوم به RNA غیرکدکننده رونویسی می‌شود، که ژن‌های غیرکدکننده را به عنوان یک جزء کمی عمده از مجموعه ژنی و نه یک کنجکاوی جزئی تثبیت می‌کند.

Evidence & guidelines

کاتالوگ ژن‌های غیرکدکننده انسانی از حاشیه‌نویسی سیستماتیک ترانسکریپتوم به دست می‌آید: ENCODE رونویسی فراگیر را در سراسر ژنوم نقشه‌برداری کرد، و مطالعات مبتنی بر GENCODE کاتالوگ‌های مرجع RNAهای غیرکدکننده بلند را با توصیف ساختار ژنی، حفظ و بیان آن‌ها ایجاد کردند که به عنوان استاندارد حاشیه‌نویسی عمل می‌کنند.

History

برای دهه‌ها، ژن با یک واحد کدکننده پروتئین برابر دانسته می‌شد، و RNAهای ساختاری به عنوان مجموعه کوچکی از استثناها در نظر گرفته می‌شدند. مطالعات ترانسکریپتوم در دهه 2000 نشان داد که بخش زیادی از ژنوم به RNA غیرکدکننده رونویسی می‌شود و هزاران ژن RNA غیرکدکننده بلند وجود دارد، که تعریف ژن را برای شامل محصولات RNA عملکردی گسترش داد.

Debates

چند رونوشت غیرکدکننده واقعاً عملکردی هستند؟

رونویسی فراگیر تعداد زیادی RNA غیرکدکننده تولید می‌کند، اما تمایز آن‌هایی که عملکرد بیولوژیکی دارند از نویز رونویسی همچنان مورد بحث است و به حفظ، اختصاصیت بیان و شواهد تجربی بستگی دارد.

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

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

Frequently asked questions

اگر یک ژن غیرکدکننده پروتئین تولید نمی‌کند، چه کاری انجام می‌دهد؟

محصول RNA آن خود عملکردی است: RNAهای غیرکدکننده بلند می‌توانند کروماتین و بیان ژن را تنظیم کنند، و RNAهای کوچک مانند میکروRNAها پایداری و ترجمه سایر پیام‌ها را کنترل می‌کنند.

دانشمندان چگونه یک ژن کدکننده را از یک ژن غیرکدکننده تشخیص می‌دهند؟

حاشیه‌نویسی پتانسیل کدگذاری یک رونوشت را ارزیابی می‌کند — عمدتاً اینکه آیا حاوی یک چارچوب خوانش باز حفظ شده است که احتمالاً ترجمه می‌شود — تا آن را به عنوان کدکننده پروتئین یا غیرکدکننده طبقه‌بندی کند.