Исследование эволюции генов ENSG00000186960 и ENSG00000180861

Некодирующие РНК составляют существенную часть транскриптома человека и участвуют в регуляции многих клеточных процессов. Поэтому их филогенетический анализ и установление времени и механизмов их возникновения представляет существенный фундаментальный интерес. Геном человека содержит около 19-20 тысяч генов, каждый из которых играет важную роль в обеспечении жизнедеятельности организма и формировании его уникальных особенностей. Изучение эволюции конкретных генов позволяет понять механизмы их адаптации и функции в различных биологических процессах. В данном проекте будет проведено исследование эволюционных изменений генов ENSG00000186960 и ENSG00000180861, что поможет углубить понимание их роли в организме и выявить особенности, связанные с их памятными функциями и развитием. Мы провели (не до конца) филогенетический анализ и установили таксономические группы, в которых впервые в эволюции появились эти гены.

Изучить и сравнить источники и дополнительную литературу.
Выбрать животных.
Скачать последовательности генов.
Скачать геномы животных.
Сгенерировать hmm-базы.
Поставить выравнивание.
Сделать BED-файлы с гомологичными генам последовательностям.
Поставить множественное выравнивание.
Построение филогенетического дерева для исследуемых генов.
Проанализировать полученные результаты.
Сформулировать выводы.

Ген ENSG00000186960 кодирует длинную некодирующую РНК, известную как LINC01551 (Long Intergenic Non-Protein Coding RNA 1551), также известную под синонимами C14orf23. Он относится к категории lncRNA, которые не кодируют белки, но выполняют регуляторные функции на уровне экспрессии генов и клеточных процессов. [6] [5]

Функции и исследования

LINC01551 связан с регуляцией специализированных функций кортикальных нейронов и предполагается как важный игрок в механизмах развития нервной системы и некоторых патологических процессов, включая прогрессирование рака. В ряде исследований он проявлен как один из значимых дифференциально экспрессированных лонг-некодирующих РНК при различных биологических и патологических состояниях, включая реакции на радиационное воздействие.

Биологическое значение и патологии

LINC01551 проявляет активность в тканях мозга и может быть вовлечён в нейродегенеративные заболевания и онкологические процессы. Исследования показывают его возможное участие в молекулярных сетях, ответственных за клеточные циклы, дифференцировку и стрессовые реакции клеток. Пока функция этого гена не до конца изучена, но он является перспективным объектом для дальнейших биомедицинских исследований. [7]

Ген ENSG00000180861 соответствует длинной некодирующей РНК LINC01559 (long intergenic non-protein coding RNA 1559). [4]

Функции и биологическая роль

LINC01559 относится к классу lncRNA, и его функции связаны с регуляцией экспрессии генов, влиянием на клеточные процессы и потенциальной ролью в онкогенезе. В литературе этот ген часто упоминается в связи с опухолевыми заболеваниями, включая поджелудочную железу и лёгкие, где он может участвовать в патогенезе и влиять на прогноз заболевания. [2]

Исследования и клиническое значение

По данным исследований, LINC01559 проявляет дифференциальную экспрессию в различных типах рака, и его уровень может коррелировать с агрессивностью опухоли и ответом на терапию. В частности, LINC01559 может играть роль в клеточном цикле и пролиферации клеток, что важно для понимания механизмов опухолевого роста. Исследования предполагают перспективность этого гена как биомаркера в онкологи

Мы начали с выбора интересующих нас генов и получения их нуклеотидных последовательностей из базы данных. Были выбраны гены ENSG00000186960 и ENSG00000180861. Геномы животных для поиска гомологов и нуклеотидные последовательности генов были скачаны из базы данных Ensembl.org. Были выбраны следующие виды:

Anas platyrhynchos (Утка кряква)
Crocodylus porosus (Гребнистый крокодил)
Danio rerio (Данио-рерио)
Macaca mulatta (Резус-макака)
Monodelphis domestica (Домовой опоссум)
Mus musculus (Домовая мышь)
Nomascus leucogenys (Белощекий хохлатый гиббон)
Pavo cristatus (Обыкновенный павлин)
Petromyzon marinus (Морская минога)
Phascolarctos cinereus (Коала)
Takifugu rubripes (Бурый скалозуб)

Последовательности генов и геномы выбранных видов мы загрузили на сервер, используя консоль “PowerShell”. Далее мы с помощью кода загрузили выбранные гены в консоль и преобразовали файлы из формата “fasta” в базу “. hmm”, чтобы выровнять и выявить сходства между геномами животных и геном. Степень гомологии оценивали по уровням значений Е-value (e-10), процента покрытия (>50%) и идентичности (>50%). Последовательности, соответствующие выбранным параметрам сохраняли в формате “.fasta”. Множественное выравнивание производили с помощью программы MAFFT и алгоритма E-INS-i, а полученный файл конвертировали на сервере в формат .nexus.

Затем с помощью программы MrBayes и полученного ранее nexus-файла должны были выполнить реконструкцию филогенетического дерева, которое впоследствии визуализировалось с помощью инструмента FigTree. Полученные данные должны были быть дополнительно проанализированы и интерпретированы с целью выявления эволюционных особенностей. Ожидаемые результаты проекта включали выявление эволюционных связей и времени возникновения генов LINC01551 и LINC01559, что помогло бы понять их роль в регуляции важных клеточных процессов и патологиях, таких как рак и нейродегенеративные заболевания. Предполагалось установить, что эти гены впервые появились у приматов и обладают видоспецифичными адаптациями.

Гены LINC01551 и LINC01559 кодируют длинные некодирующие РНК (lncRNA), которые играют важную регуляторную роль в различных клеточных процессах, включая развитие нервной системы и онкогенез. Они проявляют активность в тканях мозга и участвуют в патологических процессах, таких как рак и нейродегенеративные заболевания.
Тем не менее, на основании доступных данных и выделения таксономических групп с выявленными гомологичными последовательностями можно предположить, что эти гены имеют эволюционно более молодой возраст и действительно могли возникнуть или значительно видоспецифически развиться у приматов.
Для завершения работы необходима доработка этапа множественного выравнивания и построения окончательных филогенетических деревьев, что позволит точнее определить эволюционное время возникновения и адаптационные изменения исследуемых генов.

Long non-coding RNA LINC01559 serves as a competing endogenous RNA accelerating triple-negative breast cancer progression Xue Yang ¹, Yunqing Yang ¹, Xueke Qian ¹, Xiaodong Xu ¹, Pengwei Lv ^1,∗
Компьютерная реконструкция взаимодействия генов, ассоциированных с синдромом Ангельмана. А.Б. Карпын1, Н.Г. Орлова2, Т.М. Рожнова1, Ю.Л. Орлов1
The functions and unique features of long intergenic non-coding RNA Julia D. Ransohoff, Yuning Wei & Paul A. Khavari Nature Reviews Molecular Cell Biology volume19, pages143–157 (2018)
Ассоциация полиморфизма гена рецептора фолликулостимулирующего гормона с исходами программ вспомогательных репродуктивных технологий. Владимирова И.В., Калинина Е.А., Донников А.Е. ФГБУ Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, Москва
LINC01551 Gene - GeneCards | LINC01551 RNA Gene
LINC01551 long intergenic non-protein coding RNA 1551 [Homo sapiens (human)] - Gene – NCBI
Long non-coding RNA LINC00152 in cancer: Roles, mechanisms, and chemotherapy and radiotherapy resistance Shuang Li 1,2,, Weiping Yao 1,3,, Ruiqi Liu 1,3, Liang Gao 4, Yanwei Lu 1, Haibo Zhang 1,, Xiaodong Liang 1,2,