Mundarija: kirish I. Bob. Pro va eukariot gen elementlarining asosiy tuzilishi

II.BOB.VIRUSLARNING GENOMLARI
2.1. Odamlarning genomlari
Odamning genomi – bu DNKda hujayralar yadrosidagi 23 ta xromosoma juftligi va DNKning alohida mitoxondriyalarda joylashgan kichik molekula uchun kodlangan odam uchun nuklein kislotasi ketma-ketligining to'liq to'plamidir . Ular odatda yadro va mitoxondriyal genom sifatida alohida ko'rib chiqiladi . Odamning genomiga protein kodlovchi DNK va DNKni kodlovchi gen kiradi . Odamlarning genomlari o'rtasida (0,1% tartibida) jiddiy farqlar mavjud bo'lsa-da, bu odamlar va ularning yaqin qarindoshlari, so'ngra shimpanzelar (taxminan 4%) va bonobolar o'rtasidagi farqlarga qaraganda ancha kam . Inson genomining birinchi ketma-ketlari 2001 yil fevral oyida, inson genomining loyihasi va Celera korporatsiyasi loyihaning deyarli to'liq shaklida nashr etildi . Taxminan 19,000-20,000 inson oqsillarini kodlaydigan genlar mavjud. Oqsilni kodlovchi ketma-ketliklar genomning juda oz qismini tashkil etadi (taxminan 1,5%), qolgan qismi RNK molekulalarini kodlamaydigan, DNK regulyatorlari , chiziqlar , SINE , intron va ketma-ketliklar bilan bog'liq bo'lib, ular uchun hali biron bir funktsiya aniqlanmagan. Inson genomining umumiy uzunligi 3 milliarddan juftlikdan ortiq asoslardan iborat. Genom 22 juft xromosomadan, shuningdek X xromosoma (bittasi erkaklarda, ikkita ayolda) va faqat erkaklarda uchraydigan bitta Y xromosomadan iborat. Gaploidli genom inson genomining (23 xromosoma ) uzunligi qariyb 3 milliard juft asosdan iborat bo'lib, 30 mingga yaqin genlarni o'z ichiga oladi. Har bir asos juftlikni 2 bit yordamida kodlash mumkin bo'lganligi sababli, bu taxminan 750 megabayt ma'lumotni tashkil qiladi. Alohida somatik ( diploid ) hujayra bu miqdordan ikki baravar ko'proq, ya'ni 6 milliardga yaqin asos juftligini o'z ichiga oladi. Erkaklarda ayollarga qaraganda kamroq, chunki Y - xromosoma taxminan 57 million asos juftlikni, X esa 156 millionni tashkil etadi, ammo ma'lumot jihatidan erkaklarda ko'proq, chunki ikkinchi X tarkibida deyarli bir xil ma'lumotlar mavjud.
Inson genomining tarkibi odatda kodlovchi va kodlanmaydigan DNK ketma-ketligiga bo'linadi. DNK kodlovchilar mRNKga yozilishi va inson hayoti davomida oqsillarga translaytsiya qilinishi mumkin bo'lgan ketma-ketliklar deb ta'riflanadi ; bu ketma-ketliklar genomning ozgina qismini egallaydi (<2%). Kodlanmagan DNK oqsillarni kodlash uchun ishlatilmaydigan ushbu ketma-ketliklarning barchasidan (genomning 98% ni) tashkil qiladi.Ba'zi kodlanmaydigan DNK muhim biologik funktsiyalari bilan farqalanadi. Kodlanmagan DNK kodlanuvchi DNKdan ancha ustun bo'lganligi sababli, genom tushunchasi DNK kodlash genining klassik tushunchasiga qaraganda ko'proq yo'naltirilgan analitik tushunchaga aylandi. 
Kodlash ketma-ketligi(oqsillarni kodlaydigan genlar)
Oqsillarni kodlash ketma-ketligi inson genomining eng ko'p o'rganilgan va yaxshiroq tushunilgan qismidir. To'liq modulli oqsil kodlovchi genom sig'imi ExoME- da mavjud va oqsillarga aylantirilishi mumkin bo'lgan ekzonlar tomonidan kodlangan DNK ketma-ketligidan iborat . Uning biologik ahamiyati, shuningdek u genomning 2% dan kamrog'ini tashkil etganligi sababli ExoME tartiblashi inson genomi loyihasining birinchi muhim bosqichi bo'ldi.Inson genomidagi oqsilni kodlaydigan genla.Oqsilni kodlaydigan genlar soni . UniProt kabi ma'lumotlar bazalarida 20000 ga yaqin odam oqsillari izohlangan . Xromosoma tarkibidagi oqsillarni kodlash qobiliyati . Oqsil kodlovchi genlar xromosoma bo'ylab notekis taqsimlangan. Oqsillarni kodlaydigan genlarning hajmi . Oqsillarni kodlovchi genlarning hajmi inson genomida juda katta o'zgaruvchanlikni ko'rsatmoqda. Protein kodlovchi genning o'rtacha miqdori 26288 bp ni tashkil qiladi (o'rtacha = 66577 bp). Masalan, H1a gistoni (HIST1HIA) nisbatan kichik va sodda bo'lib, 781 nt va 215 aminokislotali oqsil(648 nt ochiq o'qish doirasi ) ketma-ketligini kodlaydigan intron va mRNKga ega emas . Distrofin (DMD) - bu insonga tegishli genomdagi oqsil kodlovchi eng katta gen bo'lib, u 2,2 MB ni tashkil qiladi, Titin ( TTH ) esa eng uzun kodlash ketma- (114414 bp), eng ko'p ekzon (363) va uzun yakka ekzon (17106 bp) ketma-ketligiga ega. Butun genom uchun o'rtacha ekzon hajmi 122 bp ni tashkil qiladi. (o'rtacha = 145 bp), eksznonlarning o'rtacha soni 7 (o'rtacha = 8,8) va o’rtacha kodlash ketma-ketligi 367 aminokislotalarni kodlaydi (o'rtacha = 447 aminokislotalar).Odam oqsillarini kodlovchi genlariga misollar. Xromosoma. Alt splaysing, alternativ mRNA splaysing. (Ma'lumot manbasi: Genem brauzerining Ensembl nashri, 2012 yil,68-son)
Yaqinda inson genomidan yangilangan ma'lumotlarning tizimli meta-tahlili, inson genomidagi RBFOX1 (RNK - majburiy protein, tulki - 1 gomolog 1) umumiy 2.47 MB ​​ni o'z ichiga olgan proteinli kodlovchi eng katta genlarni aniqladi . Butun genom uchun, hozirgi vaqtda o'rtacha ekzon hajmi 133 asos juftlikda (o'rtacha = 309 zarba) baholanmoqda, hozirgi vaqtda ekzononlarning o'rtacha soni 8 (o'rtacha = 11), 425 aminokislotalarni kodlash uchun o’rtacha kodlash ketma-ketligi baholanmoqda (o'rtacha = 553 aminokislotalar).
Kodlanmaydigan DNK(ncDNK)
Kodlanmaydigan DNK genom tarkibidagi barcha DNK ketma-ketligi sifatida belgilanadi, ular protein bilan kodlanadigan ekzonlarda topilmaydi va ular ko'rsatilgan oqsillarning aminokislotalar qatorida hech qachon namoyish etilmaydi. Ushbu ta'rifga ko'ra, inson genomining 98% dan ortig'i ncDNA dan iborat. Kodlanmagan DNKning ko'plab sinflari aniqlandi, jumladan kodlanmagan RNK genlari (masalan, tRNK va rRNK), psevdogenlar, intronlar, mRNKning joylashtirilmagan hududlari, DNK regulyatorlari, takroriy DNK ketma-ketligi va mobil genetik elementlar bilan bog'liq ketma-ketliklar. Genlarga kiritilgan ko'plab ketma-ketliklar kodlanmagan DNK sifatida ham aniqlangan. Bular tarkibiga kodlanmagan RNK genlari (masalan, tRNK, rRNK) va oqsil kodlovchi genlarning (masalan, intronlar va 5 'va 3' mRNKlarning joylashtirilmagan hududlari) tarkibiy qismlari kiradi. Oqsillarni kodlash ketma-ketligi (xususan, kodlash ekzonlari ) inson genomining 1,5% dan kamini tashkil qiladi. Bundan tashqari, inson genomining 26%ni intron tashkil qiladi . Inson genomida genlarga (ekzonlar va intronlar) va ma'lum tartibga soluvchi (8-20%) qo'shimcha ravishda, kodlanmagan DNK bo'limlari mavjud. Kodlanmagan DNKning aniq miqdori, hujayra fiziologiyasida muhim rol o'ynaydi. Yaqinda ENCODEloyihaning tahlili shuni ko'rsatadiki, butun inson genomining 80 foizi dekodlangan, boshqariladigan oqsillar bilan bog'langan yoki boshqa biron bir biokimyoviy faoliyat bilan bog'liq.Genni ekspressiyasida rol o'ynamaydigan ko'plab DNK ketma-ketliklari muhim biologik funktsiyalarga ega. Genomni qiyosiy tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, genomning taxminan 5 foizida saqlanib qolgan DNK ketma-ketligi mavjud. Ushbu ketma-ketliklarning ko'pi xromosomalarning tuzilishini geteroxromatin hosilbo'lish zonasini cheklab , telomerlar va sentromeralar kabi xromosomalarning tarkibiy xususiyatlarini tartibga soladi . Kodlanmagan boshqa mintaqalar DNK replikatsiyasining boshlanishi bo'lib xizmat qiladi . Va nihoyat, bir nechta lokuslar oqsillarni kodlaydigan genlarning (masalan,) ekspressiyasini, mRNKlarning translyatsiyasini va barqarorligini ( miRNAlarni ), xromatin tuzilishini (shu jmladan gistonlarni ) tartibga soluvchi funktsional kodlanmagan RNKga aylantirildi. Psevdogenlar.Oqsil kodlovchi genlarning faol bo'lmagan nusxalarining psevdogenlari, ko'pincha faol bo'lmagan mutatsiyalar to'planishi , funktsional bo'lmagan genlarning ko'payishi natijasida hosil bo'ladi. Inson genomidagi psevdogenlar soni 13000 ga yaqin, ba'zi xromosomalarda esa oqsil kodlovchi funktsional genlar soni deyarli bir xil. Masalan, sichqonlar oilasining genlar reseptorlari inson genomidagi psevdogenlarning eng ko'p hujjatlashtirilgan namunalaridan biridir. 
Ushbu oiladagi genlarning 60 foizdan ko'prog'i inson tanasida funktsional bo'lmagan pseudogenlardir. Taqqoslash uchun, sichqon oilasining hid sezish retseptorlari genlar oilasidagi genlarning atigi 20 foizi psevdogenlardir. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bu xarakterning turiga xos xususiyatdir, chunki eng yaqin bog'liq primatlarning barchasi mutanosib psevdogenlarga ega. RNK(ncRNK)ni kodlamaydigan genlar Kodlanmagan RNK molekulalari hujayralarda, ayniqsa oqsil sintezi va RNKni qayta ishlashda ko'plab reaktsiyalarda juda muhim rol o'ynaydi . Kodlanmaydigan RNK tarkibiga tRNK , ribosomal RNK, mikroRNK , snRNK va boshqa genlar, kodlanmagan RNK, 60 mingga yaqin kodlanmagan uzun RNKlar kiradi (lncRNA).
m-RNKning intron va translyatsiya qilinmaydigan qismlari.Diskret genlar yordamida kodlangan ncRNA molekulalariga qo'shimcha ravishda, oqsilni kodlaydigan genlarning dastlabki transkriptlari, odatda, intron , 
5'-joylashtirilmagan mintaqalar (5'-UTR) va 3'-transtratsional mintaqalar ( kodlarsiz) shaklida keng kodlanmagan ketma-ketlikni o'z ichiga oladi. 3'-UTR). Odam genomining oqsillarini kodlaydigan genlarining aksariyat qismida intron ketma-ketliklarining uzunligi ekzon ketma-ketligining uzunligidan 10-100 baravar ko'pdir .DNKni boshqarish ketma-ketligi.Odamning genomida genlarning ekspressiyasi bo'lishini boshqarish uchun juda muhim bo'lgan juda ko'p turli xil regulyator ketma-ketliklar mavjud . 
Ushbu ketma-ketliklar genomning 8 % tashkil qiladi, ammo ENCODE loyihasidan ekstrapolyatsiya genomning 20-40 foizi genlarni tartibga solish ketma-ketligini ta'minlaydi. DNKni takroriy ketma-ketliklari
Takroriy DNK ketma-ketligi inson genomining taxminan 50 foizini o'z ichiga oladi.Inson genomining qariyb 8% DNK tandem yoki tandemli takrorlanishidan iborat, bir nechta qo'shni nusxalari bo'lgan (masalan, "CAGCAGCAG ...") takrorlanadigan murakkabliklarning sodda ketma-ketligidan iborat. Tandem ketma-ketligi har xil uzunlikda bo'lishi mumkin, ikkita nukleotiddan o'nlab nukleotidlarga qadar. Ushbu ketma-ketliklar juda o'zgaruvchan, hatto yaqin odamlar orasida ham, shuning uchun DNKni genealologik tahlil qilish va DNKning sudmed ekspertizasi uchun foydalaniladi . O'ndan kam nukleotidning takroriy ketma-ketligi (masalan, takroriy dinukleotid (AC) _p ) mikrosatellit ketma-ketliklar deyiladi. Mikrosatellit ketma-ketliklar orasida trinukleotidning takrorlanishlari alohida ahamiyatga ega, chunki ular ba'zida oqsil genlarini kodlash hududlarida yuzaga keltiradi va irsiy kasalliklarga olib kelishi mumkin. Uzunroq ketma-ketliklarning tandem takroriylari (uzunligi 10-60 nukleotidning takroriy ketma-ketliklari) minisatelitlar deyiladi .
Transpozonlar va ularning faoliyati
Eng keng tarqalgan transposon liniyasi Alu 50 000 ga yaqin faol nusxalariga ega va ularni endogen va genlararoga kiritish mumkin. Yana bir qator, LINE-1, genomda 100 ga yaqin faol nusxaga ega (ularning soni odamlardan farq qiladi). Eski transpozonlarning funktsional bo'lmagan qoldiqlari bilan birgalikda ular inson DNKining umumiy miqdorining yarmidan ko'pini tashkil qiladi. Ba'zida "sakrash genlari" deb ataladigan transpozonlar inson genomining skulpturasida muhim rol o'ynagan. Ushbu ketma-ketlikning ba'zilari endogen retroviruslardir. DNK - virusga oid nusxalarning ketma-ketliklari, ular doimiy ravishda genomga qo'shilib, keyingi avlodlarga o'tadi.
Inson genomidagi mobil elementlarni LTR retrotranspozonlarga (umumiy genomning 8,3%), sinuslarga (umumiy genomning 13,1%), shu jumladan Alu elementlariga , chiziqlarga (umumiy genomning 20,4%), CBA va DNKga ajratish mumkin. II toifadagi transpozonlar (umumiy genomning 2,9%).
Inson tanasidagi genomik o’zgarishlar.
Bir xil egizaklar bundan mustasno, barcha odamlar genom DNK ketma-ketligida sezilarli o'zgarishlarni namoyish etadilar. Odamning referens genomidan (HRG) standart etalon ketma-ketligi sifatida foydalaniladi.
Referens genomiga tegishli bir nechta muhim jihatlar mavjud:

• 
  TWG - bu gaploid ketma-ketlik. Har bir xromosoma bir marta taqdim etiladi.
  
• 
  HRG kompozitsion ketma-ketlikdir va hech qanday haqiqiy insoniy shaxsga mos kelmaydi.
  
• 
  Xatolar va noaniqliklarni tuzatish uchun HRG vaqti-vaqti bilan yangilanib turadi.
  
• 
  HRG hech qanday "idealli" yoki "ideal" insonni anglatmaydi. Bu shunchaki taqqoslash uchun foydalaniladigan standartlashtirilgan vakillik yoki model.
  

Odamning genomik o’zgarishlari namoyishi
Genomlar ketma-ketligi har bir DNK asosining tartibini genomda hisoblab chiqqan bo'lsa-da, genom xaritasi joylarni belgilaydi. Genom xaritasi genomlar ketma-ketligiga qaraganda kamroq ma'lumotga ega va bu genomni navigatsiya qilishga yordam beradi. Tarkibiy xaritaga misol - Xalqaro NarMar loyihasi tomonidan ishlab chiqilgan HapMap . HapMap - bu "inson DNKining ketma-ketligini o'zgartirishning umumiy sxemalarini tavsiflaydigan" inson genomining gaplotipli xaritasi. Bular DNK yoki bazan ing individual harflarini o'z ichiga olgan genomdagi mayda o'zgarishlar qonuniyatlarining kataloglari.
Tadqiqotchilar 2008 yil may oyida " Nature" jurnalida butun inson genomidagi keng ko'lamli tarkibiy o'zgaruvchanlik xaritasi asosida birinchi ketma-ketlikni e'lon qildi . Katta miqyoli tarkibiy o'zgarishlar - bu bir necha mingdan bir necha milliongacha bo'lgan DNK asoslari orasidagi odamlar genomidagi farqdir.
Inson genomining SNP chastotasi
Yagona nukleotidli polimorfizmlar (SNP) inson genomida bir tekisda uchramaydi. Aslida, genlar orasida SNP chastotasida juda katta xilma-xillik mavjud bo'lib , ular har bir genga turli xil selektiv bosimlarni, shuningdek, genom orqali turli mutatsiyalar va rekombinatsiya tezligini aks ettiradi. Shu bilan birga, SNP tadqiqotlari kodlash mintaqasiga nisbatan noaniqdir, ulardan olingan ma'lumotlar genomda SNPlarning umumiy tarqalishini deyarli aks ettirmaydi. Shuning uchun, SNP Consortium protokoli kodlash domeniga nisbatan noaniq holda ONPAni aniqlash uchun ishlab chiqilgan va 100,000 ONPA konsortsiumi xromosomalar orqali ketma-ketlik xilma-xilligini aks ettiradi.Shaxsiy genomlar. Genomning shaxsiy ketma-ketligi bu bir kishini DNKni tashkil etadigan kimyoviy asos juftliklarining (deyarli) to'liq ketma-ketligidir . Genomning ketma-ketligi ilgari aniqlanmagan genetik murakkablik darajasini aniqladi. Shaxsiy genomika nafaqat genotiplar, balki tarkibiy o'zgarishlar tufayli ham inson genomidagi xilma-xillik darajasini aniqlashga yordam berdi. Ekzonlarni sekvenlash genetik kasalliklarni tashxislashda yordam beradigan vosita sifatida tobora ommalashib bormoqda, chunki ExoME bu genom tizimining atigi 1% ni tashkil qiladi, ammo kasallikning rivojlanishiga sezilarli hissa qo'shadigan mutatsiyalarning 85% tashkil etadi. Inson genomidagi mitoxondrial DNK. Inson mitoxondrial DNKi irsiyat mutaxassislari uchun katta qiziqish uyg'otadi, chunki u shubhasiz mitoxondriyal kasallikda rol o'ynaydi . Bundan tashqari, u inson evolyutsiyasiga yoritadi; masalan, mitoxondriyal genomdagi o'zgarishlarni tahlil qilish, barcha avlodlar uchun ona avlodida bo'lgan umumiy ajdodning postulatsiyasiga olib keldi. Nusxalash xatolarini tekshirish uchun tizim mavjud emasligi sababli, mitoxondrial DNK (mtDNA) yadro DNK o'zgarishiga qaraganda yuqori ko'rsatkichga ega. Bu 20 baravar yuqori, mutatsion chastotasi onaning naslini aniqroq aniqlash uchun mtDNA dan foydalanishga imkon beradi.:

1. 
   Genni ekspressiyasi - bu transkripsiya va mRNK ishlab chiqarilishiga olib keladigan genning faollashishidir. Bir vaqtning o'zida har qanday hujayra genlarining faqat bir qismi ekspressiyalanadi.Promotor va operator tizimli genlarning transkripsiyasini boshqaradi. Prokaryotlarda tarkibiy genlar, promotor va operator birgalikda operonni tashkil qiladi.
   
2. 
   Promotor bu DNKning ferment RNK polimeraza tomonidan tan olingan segmenti bo'lib, keyinchalik transkripsiyani boshlaydi.
   
3. 
   Operator bu RNK polimerazasini promotorga kirishini boshqarish orqali "o'tish" vazifasini bajaruvchi DNK segmentidir.
   
4. 
   Repressor oqsili genlarni ekspressiya etishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Repressor oqsillari regulyator genlari tomonidan kodlangan. Repressor oqsili operatorga RNK polimerazining rivojlanishini jismoniy to'sib qo'yadi.
   
5. 
   Induktor - bu gen ekspressiyasini boshlaydigan molekula. E. coli-da laktoza induktor bo'lib xizmat qiladi. Bir induktor repressor oqsiliga bog'lanadi. Natijada, repressor oqsilining shakli o'zgaradi va repressor oqsili operatordan ajralib chiqadi. RNK polimeraza keyinchalik strukturaviy genlarga o'tishi mumkin.
   
6. 
   Eukaryotlarda operonlar mavjud emas. Eukaryotlarning genomlari prokaryotlarga qaraganda kattaroq va murakkabroqdir. Eukaryotik genlar kodlanmaydigan va kodlanadigan qismlarga ajratiladi, ular "intron" va "ekzon" deb nomlanadi.
   
7. 
   Eukaryotlarda transkriptsiya omillar ta'sirida transkriptsiya qilinganidan keyin - mRNK-dan intronlarni olib tashlash yoki transkripsiyaning boshlanishida genlarni ekspressiyasini boshqarish mumkin.