¿Un gen está ubicado en la hebra sentido o antisentido?

Ninguna de las regiones resaltadas en su figura es un gen. Un gen es una sección de ADN que da lugar a un producto. Básicamente, un gen tiene una orientación (5'→ 3'), es decir, es esencialmente una región monocatenaria. Sin embargo, la hebra que contribuye mecánicamente a la síntesis de ARN (plantilla) tiene la secuencia complementaria inversa del gen (en otras palabras, antisentido). Por lo tanto, un gen, como se anota, no es una entidad funcional sino una representación genómica de un producto. Algunos virus (como el fago M13 ) tienen un genoma monocatenario; para ellos, la transcripción siempre es antisentido con respecto a la región del ADN genómico.

La misma sección de dsDNA puede albergar múltiples genes en ambas orientaciones y esto se ve claramente en virus que tienen genomas muy compactos. Otros genomas procarióticos y eucarióticos también tienen genes superpuestos.

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¿Eso significa que solo la región indicada de la molécula A es un gen? ¿O la porción Indicada de la molécula A + la porción Complementaria presente en la molécula B comprende un solo gen, tal que A tiene sentido y B es una hebra sin sentido del mismo gen?

Si las moléculas A y B se expresan a partir de cadenas opuestas, se consideran productos de diferentes genes, incluso si la región del gen se superpone.

La situación es menos clara si ambas moléculas se expresan a partir de la misma hebra y la región transcrita se superpone. A veces se clasifican bajo el mismo gen (variantes de empalme) ya veces no.

Estas son algunas líneas del archivo de anotaciones del genoma humano que indica la ubicación de los genes en el genoma ( +y -denota cadenas opuestas):

gen chr1 HABANA 1567474 1570639 . + . gene_id "ENSG00000189409.8"; transcript_id "ENSG00000189409.8"; gene_type "proteína_codificación"; gene_status "CONOCIDO"; nombre_gen "MMP23B"; transcript_type "proteína_codificación"; transcript_status "CONOCIDO"; transcript_name "MMP23B"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000074713.4";
gen chr1 HABANA 1590786 1594063 . + . gene_id "ENSG00000272004.1"; transcript_id "ENSG00000272004.1"; gene_type "antisentido"; gene_status "NOVELA"; nombre_gen "RP11-345P4.10"; transcript_type "antisentido"; transcript_status "NOVELA"; transcript_name "RP11-345P4.10"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000185638.1";
gen chr1 HABANA 1603429 1604850 . + . gene_id "ENSG00000269737.1"; transcript_id "ENSG00000269737.1"; gene_type "antisentido"; gene_status "NOVELA"; nombre_gen "RP11-345P4.7"; transcript_type "antisentido"; transcript_status "NOVELA"; transcript_name "RP11-345P4.7"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000182604.1";
gen chr1 HABANA 1604714 1605836 . + . gene_id "ENSG00000269227.1"; transcript_id "ENSG00000269227.1"; gene_type "pseudogen"; gene_status "CONOCIDO"; nombre_gen "RP11-345P4.6"; transcript_type "pseudogen"; transcript_status "CONOCIDO"; transcript_name "RP11-345P4.6"; nivel 1; etiqueta "pseudo_consenso"; havana_gene "OTTHUMG00000182605.1";
gen chr1 HABANA 1570603 1590473 . - . gene_id "ENSG00000248333.3"; transcript_id "ENSG00000248333.3"; gene_type "proteína_codificación"; gene_status "CONOCIDO"; nombre_gen "CDK11B"; transcript_type "proteína_codificación"; transcript_status "CONOCIDO"; transcript_name "CDK11B"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000078638.4";
gen chr1 HABANA 1592939 1624167 . - . gene_id "ENSG00000189339.7"; transcript_id "ENSG00000189339.7"; gene_type "proteína_codificación"; gene_status "CONOCIDO"; nombre_gen "SLC35E2B"; transcript_type "proteína_codificación"; transcript_status "CONOCIDO"; transcript_name "SLC35E2B"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000078639.1";
gen chr1 HABANA 1634169 1655766 . - . gene_id "ENSG00000008128.18"; transcript_id "ENSG00000008128.18"; gene_type "proteína_codificación"; gene_status "CONOCIDO"; nombre_gen "CDK11A"; transcript_type "proteína_codificación"; transcript_status "CONOCIDO"; transcript_name "CDK11A"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000000703.14";
gen chr1 HABANA 1634175 1669127 . - . gene_id "ENSG00000268575.1"; transcript_id "ENSG00000268575.1"; gene_type "transcripción_procesada"; gene_status "NOVELA"; nombre_gen "RP1-283E3.8"; transcript_type "transcripción_procesada"; transcript_status "NOVELA"; transcript_name "RP1-283E3.8"; nivel 2; havana_gene "OTTHUMG00000183552.1";

No es evidente en estos ejemplos, pero hay muchos genes superpuestos en hebras opuestas. Los lncRNA antisentido serían un ejemplo para echar un vistazo rápido. Consulte ¿Pueden ambos genes superpuestos (en cadenas opuestas) producir proteínas? para un ejemplo de genes codificantes de proteínas superpuestas antisentido.

En resumen : la definición de gen cambia constantemente, pero generalmente un gen tiene una orientación de hebra. Específicamente, si se sintetizan dos ARN diferentes desde direcciones opuestas pero de la misma región de dsDNA, se dice que surgen de dos genes diferentes. (consulte esta revisión para ver algunos ejemplos específicos)

Respuesta corta

Al referirse a genes en un cromosoma de ADN de doble cadena (la situación asumida en esta pregunta), el uso general y científico del término 'gen' incluye ambas cadenas de ADN.

La definición práctica de 'gen' ha estado bajo escrutinio en los últimos años por razones que se discutirán, especialmente en relación con el proyecto ENCODE. Sin embargo, ninguna de las discusiones que he encontrado considera restringir un gen a una sola hebra.

Uso general y educativo del término 'gen'

El término gen fue acuñado en 1909 “para describir la unidad de herencia mendeliana” , mucho antes de que se sugiriera y estableciera que estas unidades residían en el ADN cromosómico de los organismos.

Un diccionario general respetable, Mirriam-Webster, sugiere un concepto moderno del término, comprensible para lectores no especializados, como:

una secuencia específica de nucleótidos en el ADN o el ARN que se ubica generalmente en un cromosoma y que es la unidad funcional de la herencia que controla la transmisión y expresión de uno o más rasgos especificando la estructura de un polipéptido particular y especialmente una proteína o controlando la función de otro material genético,
p. “Ella heredó un buen conjunto de genes de sus padres”.

Y se da una definición similar a la profesión médica en Morton y Spences Genetics for Surgeons .

A pesar del conocimiento de la complejidad de los genes que se ha acumulado en los últimos años, en dos libros de texto de biología molecular modernos, la característica esencial de la definición es que abarca todo en lugar de ser restrictiva . Así, la definición de Alberts et al. — La Biología Molecular de la Célula es:

Región de ADN que controla una característica hereditaria discreta, generalmente correspondiente a una sola proteína o ARN. Esta definición incluye la unidad funcional completa, que abarca secuencias de ADN codificantes, secuencias de ADN reguladoras no codificantes e intrones.

Y la definición en el glosario de Lodish et al. — La Biología Celular Molecular es muy similar.

Consideraciones más recientes del término 'gen' en el contexto del proyecto ENCODE

Hay varias características de la estructura y la regulación de la información cromosómica que especifican las proteínas que han llevado a reconsiderar el uso del término 'gen'. No se trata simplemente de una preocupación semántica, ya que el principal Proyecto ENCODE , cuyo propósito era proporcionar una “Enciclopedia de elementos de ADN”, tenía la tarea práctica de nombrar los elementos que describe.

He encontrado un par de artículos útiles de otros, considerando el problema detenidamente. Uno es de Smith y Adkinson (2010) y el otro es de Portin y Wilkins (2017) . Un breve resumen de la situación que comentan es que hay dos problemas principales. Un problema es la desviación del concepto de 'un gen, un ARNm, una cadena polipeptídica' causada por empalmes alternativos, múltiples promotores y sitios alternativos de iniciación de la traducción. Un segundo es el hallazgo de la regulación de la transcripción por secuencias muy distantes del sitio de iniciación de la transcripción.

El pensamiento general es redefinir el término 'gen' en términos de redes o interacciones integradas. Así, la propia propuesta de Portin y Wilkins es:

Un gen es una secuencia de ADN (cuyos segmentos componentes no necesariamente tienen que ser físicamente contiguos) que especifica uno o más ARN/proteínas relacionados con la secuencia que son evocados por redes reguladoras de genes y participan como elementos en redes reguladoras de genes, a menudo con efectos indirectos. efectos, o como salidas de Gene Regulatory Networks, este último produce efectos fenotípicos más directos.

y el empleado por el proyecto ENCODE está definido por Gerstein et al. como:

El gen es una unión de secuencias genómicas que codifican un conjunto coherente de productos funcionales potencialmente superpuestos.

1. un gen es una secuencia genómica (ADN o ARN) que codifica directamente moléculas producto funcionales, ya sea ARN o proteína.
2. En el caso de que existan varios productos funcionales que comparten regiones superpuestas, se toma la unión de todas las secuencias genómicas superpuestas que las codifican.
3. Esta unión debe ser coherente, es decir, debe realizarse por separado para los productos finales de proteína y ARN, pero no requiere que todos los productos compartan necesariamente una subsecuencia común.

(Se complementa con un diagrama ontológico que no reproduciré aquí.)

Esto es complejo, pero en relación con la preocupación del cartel, una cosa está clara, en ningún momento los autores se preocupan por el varamiento, y no hay ninguna propuesta de que un gen esté confinado a una sola hebra .

Dos argumentos simples

Se podría argumentar que nadie menciona el varamiento porque todos asumen que un gen está en una sola hebra. ¿En realidad? De todos modos, terminaré con un par de argumentos mundanos de que la varada no tiene cabida en la definición de genes, superpuestos o no.

• El sitio de unión del factor de transcripción/ARN polimerasa, la caja TATA, se considera parte integral de un gen. Se requieren ambos hilos de la caja TATA para la unión. Asimismo, otros sitios de unión de factores de transcripción. Por lo tanto, el gen no puede estar en una sola hebra.
• Los virus de ADN monocatenario se encuentran con lo que se denomina genomas de 'sentido positivo' y 'sentido negativo'. Así que claramente entre estos genomas hay unidades de herencia que dicen 'antisentido' así como algunas que son 'antisentido'. En la tesis del 'gen de una sola hebra', uno de estos no podría llamarse genes. ¡Habría que idear algún término a partir de ellos como progenitores del gen en la hebra complementaria en la forma de ADN replicativo!