องค์ประกอบอนุรักษ์พิเศษ (UCE) คือบริเวณของจีโนมที่ใช้ร่วมกันระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิต ที่มีวิวัฒนาการห่างไกล กัน และแสดงความแปรผันเพียงเล็กน้อยหรือไม่แปรผันเลยระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น บริเวณเหล่านี้และบริเวณที่อยู่ติดกัน (ดีเอ็นเอข้างเคียง) มีประโยชน์สำหรับการติดตามประวัติวิวัฒนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิต^{[ 1 ] [ 2 ]}อีกคำหนึ่งสำหรับองค์ประกอบอนุรักษ์พิเศษคือบริเวณอนุรักษ์พิเศษ (UCR)

คำว่า "องค์ประกอบอนุรักษ์ขั้นสูง" (ultraconserved element) เดิมทีถูกนิยามว่าเป็นส่วนของจีโนมที่มีความยาวมากกว่า 200 คู่เบส (bp) ซึ่งได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสมบูรณ์ โดยไม่มีการแทรกหรือการลบ และมีความเหมือนกัน 100% ระหว่าง บริเวณ ออร์โธล็อกัสของจีโนมมนุษย์ หนู และหนูทดลอง^{[ 3 ] [ 4 ]}มีการระบุส่วนเหล่านี้ 481 ส่วนใน จีโน มมนุษย์^{[ 3 ] [ 4 ]}หาก ไม่รวม ดีเอ็นเอไรโบโซม (บริเวณ rDNA) ขนาดของส่วนเหล่านี้จะอยู่ระหว่าง 200 bp ถึง 781 bp ^{[ 4 ]} UCE พบได้ในโครโมโซม ของมนุษย์ทุกโครโมโซม ยกเว้นโครโมโซม 21 และ Y ^{[ 5 ]}

นับตั้งแต่มีการสร้างขึ้น การใช้งานคำนี้ได้ขยายวงกว้างขึ้นเพื่อรวมถึงสายพันธุ์ที่มีวิวัฒนาการห่างไกลกันมากขึ้นหรือส่วนที่สั้นกว่า เช่น 100 bp แทนที่จะเป็น 200 bp ^{[ 3 ] [ 4 ]}ตามคำจำกัดความบางประการ ส่วนต่างๆ ไม่จำเป็นต้องมีความสัมพันธ์กันระหว่างสายพันธุ์^{[ 3 ]} UCE ของมนุษย์ยังแสดงให้เห็นถึงการอนุรักษ์ที่สูงกับสายพันธุ์ที่มีวิวัฒนาการห่างไกลกันมากขึ้น เช่น ไก่และปลาปักเป้า^{[ 4 ]}จาก UCE ของมนุษย์ที่ระบุได้ 481 รายการ ประมาณ 97% ตรงกับจีโนมไก่ด้วยความเหมือนสูง แม้ว่าจะมีเพียง 4% ของจีโนมมนุษย์เท่านั้นที่สามารถตรงกับจีโนมไก่ได้อย่างน่าเชื่อถือ^{[ 4 ]}ในทำนองเดียวกัน ลำดับเดียวกันในจีโนมปลาปักเป้ามีความเหมือน 68% กับ UCE ของมนุษย์ แม้ว่าจีโนมมนุษย์จะตรงกับจีโนมปลาปักเป้าได้อย่างน่าเชื่อถือเพียง 1.8% เท่านั้น^{[ 4 ]}แม้ว่ามักจะเป็นDNA ที่ไม่มีรหัส [ ^{6 ]}พบว่าองค์ประกอบที่มีการอนุรักษ์สูงบางส่วนยังคงทำงานในการถอดรหัส ทำให้เกิด^{โมเลกุล} RNA ที่ไม่มีรหัส^{[ 7 ]}

เดิมทีนักวิจัยสันนิษฐานว่าการอนุรักษ์ DNA ส่วนที่ยาวเหล่านี้อย่างสมบูรณ์แบบนั้นหมายถึง ความสำคัญ ทางวิวัฒนาการเนื่องจากบริเวณเหล่านี้ดูเหมือนจะประสบกับการคัดเลือกเชิงลบที่รุนแรง (การคัดเลือกเพื่อกำจัดสิ่งที่ไม่พึงประสงค์)เป็นเวลา 300-400 ล้านปี^{[ 4 ] [ 6 ] [ 8 ]}เมื่อไม่นานมานี้ ข้อสันนิษฐานนี้ถูกแทนที่ด้วยสมมติฐานหลักสองข้อ คือ UCE ถูกสร้างขึ้นผ่านอัตราการคัดเลือกเชิงลบที่ลดลง หรือผ่าน อัตรา การกลายพันธุ์ ที่ลดลง หรือที่เรียกว่า "จุดเย็น" ของวิวัฒนาการ^{[ 3 ] [ 4 ]}มีการศึกษามากมายที่ตรวจสอบความถูกต้องของแต่ละสมมติฐาน ความน่าจะเป็นของการค้นพบองค์ประกอบที่อนุรักษ์ไว้อย่างมากโดยบังเอิญ (ภายใต้วิวัฒนาการที่เป็นกลาง ) ได้รับการประมาณไว้ที่น้อยกว่า 10 ⁻²²ใน 2.9 พันล้านเบส^{[ 4 ]}เพื่อสนับสนุนสมมติฐานจุดเย็น พบว่า UCE มีการกลายพันธุ์น้อยกว่าที่คาดไว้ภายใต้แบบจำลองอนุรักษ์นิยมสำหรับอัตราการกลายพันธุ์ที่เป็นกลางถึง 20 เท่า^{[ 4 ]} ความแตกต่างของอัตราการกลาย พันธุ์นี้มีความสอดคล้องกันระหว่างมนุษย์ ชิมแปนซี และไก่^{[ 4 ]}องค์ประกอบที่อนุรักษ์ไว้อย่างสูงไม่ได้ปลอดจากการกลายพันธุ์ ดังตัวอย่างที่พบโพลีมอร์ฟิซึม 29,983 รายการในบริเวณ UCE ของชุดประกอบจีโนมมนุษย์GRCh38 ^{[ 9 ]}อย่างไรก็ตาม ฟีโนไทป์ที่ได้รับผลกระทบเกิดจากโพลีมอร์ฟิ ซึมเพียง 112 รายการซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณการเข้ารหัสของ UCE ^{[ 9 ]}การศึกษาที่ดำเนินการในหนูพบว่าการลบ UCE ออกจากจีโนมไม่ได้สร้างฟีโนไทป์ที่เป็นอันตรายอย่างชัดเจน แม้ว่าจะมีการลบ UCE ที่อยู่ใกล้กับโปรโมเตอร์และยีนที่เข้ารหัสโปรตีน ก็ตาม ^{[ 10 ]}หนูที่ได้รับผลกระทบยังคงมีภาวะเจริญพันธุ์ และการคัดกรองเป้าหมายของยีนที่เข้ารหัสที่อยู่ใกล้เคียงไม่แสดงฟีโนไทป์ ที่เปลี่ยนแปลง ไป^{[ 10 ]}การศึกษาในหนูอีกการศึกษาหนึ่งแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการอนุรักษ์สูงมากมีความทนทานต่อการกลายพันธุ์โดยสรุปว่าการอนุรักษ์ลำดับ UCE อย่างสมบูรณ์แบบไม่จำเป็นต่อการทำงานของมัน ซึ่งจะชี้ให้เห็นถึงเหตุผลอื่นสำหรับความสอดคล้องของลำดับนอกเหนือจากความสำคัญทางวิวัฒนาการ^{[ 11 ]} การวิเคราะห์เชิงคำนวณของ องค์ประกอบที่ไม่เข้ารหัสที่มีการอนุรักษ์สูงมากของมนุษย์(UCNEs) พบว่าบริเวณเหล่านี้อุดมไปด้วยลำดับ AT และโดยทั่วไปมี GC น้อย^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม พบว่า UNCE มีความเข้มข้นของCpGหรือมีการเมทิลเลชั่น สูง ^{[ 12 ]} ซึ่งอาจบ่งชี้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง DNA ในบริเวณเหล่านี้ที่เอื้อต่อการคงอยู่ของพวกมันอย่างแม่นยำ แต่ความเป็นไป ได้นี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบ^{[ 12 ]}

โดยทั่วไป องค์ประกอบที่มีการอนุรักษ์สูงมากมักตั้งอยู่ใกล้กับตัวควบคุมการถอดรหัสหรือยีนพัฒนาการที่ทำหน้าที่ต่างๆ เช่นการเพิ่มประสิทธิภาพ ยีน และการควบคุมการตัดต่อ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 13 ]}การศึกษาเปรียบเทียบองค์ประกอบที่มีการอนุรักษ์สูงมากระหว่างมนุษย์และปลาปักเป้าญี่ปุ่นTakifugu rubripesเสนอว่ามีความสำคัญต่อการพัฒนาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง^{[ 13 ]}การกำจัด UCE สองตัว ใกล้กับ ยีน ARXในหนูทำให้ฮิปโปแคมปัสในสมองหดตัวลง แม้ว่าผลกระทบจะไม่ถึงแก่ชีวิต ก็ตาม ^{[ 14 ]} UCE บางส่วนไม่ได้ถูกถอดรหัส และถูกเรียกว่าองค์ประกอบที่ไม่เข้ารหัสที่มีการอนุรักษ์สูงมาก^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม UCR จำนวนมากในมนุษย์ถูกถอดรหัสอย่างกว้างขวาง^{[ 7 ]} UCE จำนวนเล็กน้อยที่ถูกถอดรหัส ซึ่งรู้จักกันในชื่อ UCE ที่ถูกถอดรหัส (T-UCE) มีความเชื่อมโยงกับมะเร็งและลูคีเมีย ในมนุษย์ ^{[ 7 ]}ตัวอย่างเช่นTUC338มีการเพิ่มขึ้นอย่างมากในเซลล์มะเร็งตับ ของมนุษย์ ^{[ 15 ]}อันที่จริง UCE มักได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนาในเซลล์มะเร็งมากกว่าในบริบทที่แข็งแรง ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนาของ T-UCE อาจเป็นอันตราย^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า T-UCR มีการแสดงออกเฉพาะเนื้อเยื่อ และมีรูปแบบการแสดงออกที่แตกต่างกันระหว่างเนื้องอกและโรคอื่นๆ^{[ 5 ]}ตารางด้านล่างเน้นให้เห็นทรานสคริปต์และโพลีมอร์ฟิซึมภายใน UCR ที่แสดงให้เห็นว่ามีส่วนทำให้เกิดโรคในมนุษย์^{[ 5 ] [ 9 ]} ตัวอย่างเช่น UCR มีแนวโน้มที่จะสะสมการกลายพันธุ์น้อยกว่าส่วนที่อยู่ข้างเคียง ทั้งในตัวอย่างเนื้องอกและตัวอย่างที่ไม่ใช่เนื้องอกจากบุคคลที่เป็น มะเร็งลำไส้ใหญ่ที่ไม่ใช่โพลีโพซิสทางพันธุกรรม^{[ 19 ]}

• ภูมิภาคเร่งความเร็วของมนุษย์

• http://ultraconserved.org/