Isochore (genetik) - Isochore (genetics)

Genetikte bir izochore büyük bir bölge DNA (300'den büyük kb ) guanin (G) ve sitozin (C): G-C ve C-G (toplu olarak GC içeriği ).

Bernardi ve meslektaşları ilk önce termal eritme ve yoğunluk gradyanı santrifüjünü kullanarak omurgalı genomları içindeki kompozisyonel tekdüzeliksizliği ortaya çıkardı.^[1][2][3] Gradyan santrifüjleme ile ekstrakte edilen DNA fragmanları daha sonra "izokorlar" olarak adlandırıldı,^[4] daha sonra "baz bileşiminde oldukça homojen olan ve guanin-sitozin (GC) içeriğindeki farklılıklarla ayırt edilen az sayıda ana sınıfa ait" olan "çok uzun (200 KB'den çok daha büyük) DNA segmentleri" olarak tanımlanmıştır.^[3] Daha sonra, izokorlar "büyüdü" ve "> 300 kb boyutunda" oldukları iddia edildi.^[5][6] Teori, isochore kompozisyonunun "sıcakkanlı" (homeotherm) omurgalılar ve "soğukkanlı" (poikilotherm) omurgalılar arasında belirgin bir şekilde değiştiğini öne sürdü.^[3] ve daha sonra isochore teorisi olarak tanındı.

Termodinamik kararlılık hipotezi

İzochore teorisi, "sıcakkanlı" omurgalıların (memeliler ve kuşlar) genomunun, "soğukkanlı" omurgalıların (balıklar) genomunun aksine, GC açısından fakir ve GC açısından zengin bileşimin uzun izokorik bölgelerinin mozaikleri olduğunu iddia etti. ve amfibiler), GC açısından zengin izokorlardan yoksun olması gerekiyordu.^{[3][7][8][9][10][11]} Bu bulgular, genomik yapıyı vücut sıcaklığına bağlayan termodinamik stabilite hipotezi ile açıklandı. Genomik GC içeriğindeki bir artış DNA, RNA ve proteinleri ısı ile bozunmadan koruyabileceğinden, GC açısından zengin izokorların çevresel baskılara bir adaptasyon biçimi olduğu iddia edildi.^[3][4]

Çekici basitliğine rağmen, termodinamik stabilite hipotezinin hatalı olduğu defalarca gösterilmiştir. ^[12][13][14].^{[15][16][17][18][19]} Birçok yazar, omurgalılarda sıcaklık ve GC içeriği arasında bir ilişki olmadığını gösterdi.^[17][18] diğerleri ise timsahlar, amfibiler ve balıklar gibi "soğukkanlı" omurgalılarda GC açısından zengin alanların varlığını gösterdi.^[14][20][21]

İsochore teorisinin ilkeleri

İzokor teorisi, omurgalı genomları içindeki nükleotid bileşiminin tek biçimsizliğini tanımlayan ve memeliler ve kuşlar gibi "sıcakkanlı" omurgalıların genomunun izokorlar mozaiği olduğunu öngören ilk teori olmuştur (Bernardi ve diğerleri, 1985). Örneğin insan genomu, karşılık gelen GC içeriği aralıklarının <% 38 olduğu söylenen beş bileşimsel aileye, L1, L2, H1, H2 ve H3'e ait alternatif düşük ve yüksek GC içerikli izokorların bir mozaiği olarak tanımlandı. Sırasıyla% 38 -% 42,% 42 -% 47,% 47 -% 52 ve>% 52.^[22]

İzochore teorisinin ana tahminleri şudur:

• Protein kodlama genlerinin üçüncü kodon pozisyonunun (GC3) GC içeriği, karşılık gelen genleri gömen izokorların GC içeriği ile ilişkilidir.^[22]
• Sıcakkanlı omurgalıların genom organizasyonu, çoğunlukla GC açısından zengin izokorlardan oluşan bir mozaiktir.^[23]

^[24]

• Soğukkanlı omurgalıların genom organizasyonu, düşük GC içeriği seviyeleri ve sıcak kanlı omurgalılara göre daha düşük bileşimsel heterojenite ile karakterize edilir. Homojen alanlar, sıcakkanlı omurgalıların genomlarının ulaştığı yüksek GC seviyelerine ulaşmaz.^[23][24]

Tarafsız-seçilimci tartışma

Nötralist-seçilimci tartışmanın bir parçası olarak, izokorların oluşumunu açıklamaya çalışan iki zıt açıklama şiddetle tartışıldı. İlk görüş, izokorların, nötr modelle tutarlı olan genomik bölgeler arasındaki değişken mutasyon süreçlerini yansıtmasıydı.^[25][26] Alternatif olarak, izokorlar, belirli genlerin gerektirdiği belirli kompozisyon ortamı için doğal seçilimin bir sonucu olarak öne sürüldü.^[27] Termodinamik kararlılık hipotezi gibi seçilimci görüşten birkaç hipotez türemiştir. ^[6][28] ve yanlı gen dönüşümü hipotezi.^[26] Şimdiye kadar, teorilerin hiçbiri genom yapısına kapsamlı bir açıklama getirmiyor ve konu hala tartışılıyor.

İzokor teorisinin yükselişi ve düşüşü

İzokor teorisi, en kullanışlı teorilerden biri haline geldi. moleküler evrim yıllarca. Omurgalı genomlarının uzun menzilli bileşimsel heterojenliğini evrimsel bir çerçeve içinde açıklamaya yönelik ilk ve en kapsamlı girişimdi. İlk yıllarda isochore modeline olan ilgiye rağmen, son yıllarda teorinin metodolojisi, terminolojisi ve tahminleri sorgulanmıştır.

Bu teori, 20. yüzyılda tam genomlar dizilenmeden önce önerildiğinden, yaklaşık 30 yıldır tam olarak test edilemedi. 21. yüzyılın başında, ilk genomlar kullanıma sunulduğunda, insan genomunda izokorların bulunmadığı açıktı.^[29]ne de diğer memeli genomlarında.^[30] İzokorlar bulunamadığında, çoğu izoforların varlığına saldırdı.^{[29][31][32][33][34]} İzokorların en önemli öngörücüsü olan GC3'ün öngörülebilir bir güce sahip olmadığı gösterilmiştir ^[35][36] yakındaki genomik bölgelerin GC içeriğine, birçok izokor çalışmasının temeli olan 30 yılı aşkın araştırmanın bulgularını çürüttü. İzokor yaratıcıları terimin yanlış yorumlandığını söylediler ^[22][37][38] izokorlar "homojen" değil, daha çok oldukça homojen bölgeler ile 5 kb ölçeğinde GC açısından zengin bölgelerin heterojen bir doğası (özellikle),^[39] bu sadece zaten büyüyen kafa karışıklığına eklendi. Bu devam eden hayal kırıklığının nedeni, izokorların belirsiz tanımıydı. uzun ve homojen, bazı araştırmacıların "izokorları" keşfetmelerine ve diğerlerinin onları reddetmesine izin verdi, ancak her iki kamp da aynı verileri kullandı.

Bu tartışmanın talihsiz yan etkisi, "izokorlar mozaiğini" ortaya çıkarmada başarısız olan çelişkili bulguların ardından izokorların sıklıkla yeniden tanımlandığı ve yeniden etiketlendiği bir "silahlanma yarışı" idi. ^[22][31][33] Bu tartışmanın talihsiz sonuçları ve aşağıdaki terminolojik-metodolojik çamur, bilim topluluğu tarafından izokorlara olan ilginin kaybedilmesiydi. İzokorik literatürdeki en önemli çekirdek kavram olan termodinamik kararlılık hipotezi reddedildiğinde teori çekiciliğini kaybetti. Bugün bile, izokorlar için net bir tanım yoktur ve izoforları algılayan bir algoritma da yoktur.^[40] İzokorlar, GC içerik eğrilerinin görsel olarak incelenmesiyle manuel olarak tespit edilir,^[41] ancak bu yaklaşım bilimsel değerden yoksun olduğundan ve bağımsız gruplar tarafından kopyalanması zor olduğundan, bulgular tartışmalıdır.

Bileşimsel alan modeli

İzokorların çalışması gibi fiili Çoğu bilim adamı tarafından terk edilen, en son genomik çalışmalara göre genomların bileşimsel organizasyonunu tanımlamak için alternatif bir teori önerildi. Bileşimsel Alan Modeli, genomları kısa ve uzun homojen ve homojen olmayan alanların bir karışımı olarak tasvir eder.^[34] Teori, bir hesaplama segmentasyon algoritması ile belirlenen farklı GC içeriklerine sahip genomik bölgeler olarak "kompozisyon alanlarını" tanımlar.^[34] Bileşimsel alanların homojenliği, üzerinde bulundukları kromozomunki ile karşılaştırılır, bu da onları testin sonucuna göre kompozisyon açısından homojen alanlara ve kompozisyon olarak homojen olmayan alanlara ayıran F testi kullanılarak yapılır. Yeterince uzun olan (<300 kb), bileşimsel olarak homojen alanlar, izokorlar veya izokorik alanlar olarak adlandırılır. Bu terimler, izokorik ve izokorik olmayan alanlar arasında net bir ayrım sağladıkları için literatüre uygundur.

İnsan genomuna ilişkin kapsamlı bir çalışma, genomun üçte ikisinin birçok kısa, bileşimsel olarak homojen alanların ve nispeten az sayıda uzun alanın bir karışımı olduğu bir genomik organizasyonu ortaya çıkardı. Genomun geri kalan kısmı, homojen olmayan alanlardan oluşur. Kapsama açısından, bileşimsel olarak homojen alanların toplam sayısının yalnızca% 1'i, genomun% 20'sinden daha azını kaplayan "izokorlar" olarak kabul edilebilir.^[34]

Teori, başlangıcından bu yana büyük ilgi gördü ve düzineden fazla yeni genom dizileme çalışmasından ortaya çıkan bulguları açıklamak için yoğun bir şekilde kullanıldı.^{[30][42][43][44][45][46][47][48][49]} Yine de, hangi evrimsel güçlerin bileşimsel alanın yapısını şekillendirdiği ve farklı türler arasında nasıl farklılaştıkları gibi birçok önemli soru açık kalmaktadır.

Referanslar