Familia genei B-globinei

Genomul uman este format din aproximativ 3 miliarde de perechi de baze. Până de curând, oamenii de știință au prezis că această cantitate mare de ADN va codifica aproape 100.000 de gene diferite; cu toate acestea, acum, când secvențierea întregului genom uman este aproape completă, acest număr a scăzut la doar 30.000 de gene. De fapt, o analiză atentă a genomului a arătat că mult peste 90 la sută din genom este format din ADN nefuncțional.

Din ADN-ul funcțional rămas, 25-50 la sută din genele care codifică proteine se găsesc o singură dată în genomul haploid și sunt cunoscute sub numele de gene solitare. Frecvent, ADN-ul care înconjoară o anumită genă conține secvențe care sunt copii apropiate, dar nu identice, ale genei respective. Se crede că aceste copii multiple sunt rezultatul duplicării și al divergenței. Acesta este procesul prin care o genă unică este mai întâi duplicată și apoi este supusă unei presiuni selective pentru a muta într-o genă cu o secvență similară, dar nu identică, cu cea a genei sale ancestrale. Un astfel de exemplu al acestui proces este dezvoltarea familiei de gene beta-globină. După ce au fost secvențiate genele familiei de globine de la diferite specii, a fost elaborat un arbore evolutiv care prezice dezvoltarea familiei de gene de globine. Un arbore propus este prezentat mai jos și ilustrează divergența genelor de la leghemoglobina din plante la hemoglobină și mioglobină la animale. La fiecare punct de ramificare, gena s-a duplicat și apoi a suferit mutații într-o genă nouă, dar similară. De exemplu, la un moment dat în istorie, gena ancestrală comună a suferit mai întâi o duplicare. Cele două copii care au rezultat au suferit apoi mutații în moduri diferite; una formând leghemoglobina de picior, alta formând hemoglobina de insecte.

Figura 1: Diagrama arborelui familiei de globine (Lodish et.al,2000)

Un set de gene duplicate care codifică proteine cu secvențe de aminoacizi similare, dar neidentice, este cunoscut sub numele de familie de gene (Lodish et.al., 2000). Au fost identificate numeroase familii de gene diferite cu funcții diverse. De exemplu, formarea unei molecule de hemoglobină funcționale necesită utilizarea produselor din două astfel de familii de gene prin combinarea a două polipeptide din familia b -globinei cu două polipeptide din familia a -globinei și patru grupe mici de heme. Familia de gene beta-globină localizată pe cromozomul 11 este prezentată în figura de mai jos și constă din cinci gene funcționale (cutii albastre) și două pseudogene (linii diagonale).

Figura 2: Familia de gene beta-globină de pe cromozomul 11 (Lodish et.al., 2000)

Toate hemoglobinele codificate de aceste gene diferite au rolul de a transporta oxigenul în sânge; cu toate acestea, fiecare genă prezintă variații specifice în funcție. De exemplu, gena globinei epsilon este exprimată în mod normal în sacul vitelinic embrionar, în timp ce genele Ag și Gg sunt exprimate numai în timpul dezvoltării fetale. Aceste proteine de hemoglobină au o afinitate de legare mai mare pentru oxigen decât hemoglobinele adulte codificate de genele b și d. Această legătură mai mare permite fătului să extragă cu succes oxigenul din sânge fără a concura cu mama. Hemoglobina adultă are o afinitate mai mică pentru oxigen, permițând o mai bună eliberare a oxigenului către țesuturi, în special către mușchi.

Două regiuni din familia genelor globinei conțin secvențe nefuncționale cunoscute sub numele de pseudogene (casete cu linii diagonale). Aceste gene sunt asemănătoare cu omologii lor funcționali ai genelor de globină, dar nu mai sunt transcrise în ARNm din cauza modificărilor de secvență care au avut loc în cursul evoluției lor.

Chiar și o mică modificare a uneia dintre genele care codifică o subunitate a moleculei de hemoglobină poate avea rezultate dezastruoase. Acest laborator se va concentra asupra a două boli care rezultă din mutații diferite în gena beta-globinei.