Прыгающие гены, или Зачем эволюция замусорила ДНК

15 Мая 2018

МОСКВА, 15 мая , Татьяна Пичугина. Большая рубрика ДНК человека приходится на разнообразный генетический мусор: простые повторы нуклеотидов, фрагменты вирусных наборов, гены, переставшие перестает работать миллионы лет назад, или обрывки генов, не выполняющие никакой функции. Некоторые последовательности нуклеотидов могут внезапно менять месторасположение в геноме или плодить многочисленные копии это так называемые прыгающие, эгоистичные гены, мобильные элементы (транспозоны). Ученые раньше испытывали их как паразитов, сейчас считается, что они влияют на эволюцию.

Мобильные элементы в ДНК полистала американская исследовательница Барбара Мак-Клинток в конце 1940-х годов. Прошло почти тридцать лет, прежде чем научное сообщество поверило в то, что геном организма не статичен, а способен меняться, причем в течение жизни одной особи. Пониманию этого помогли работы советских ученых, которые в 1976 пригоду выявили мобильные элементы в геноме мухи-дрозофилы. И все же научный мир долго не осознавал того факта, что, как выяснилось после полной расшифровки генома человека в 2000 пригоду, половина его занята этими странными блуждающими образованиями.

Сейчас известно, что ДНК многих животных, включая человека, в той или иной степени состоит из мобильных элементов. Большая их часть молчит, то встречается никак себя не проявляет. Но некоторые способны мобилизоваться и запустить цепочку реакций, доказывающих к опасной мутации.

Мобильные элементы представляют собой паразитические последовательности ДНК. Смысл их существования в увеличении числа собственных копий в геноме. Однако эволюция иногда использует их в интересах организма-хозяина. Например, ген RAG участвует в перестроении иммуноглобулиновых цепей в процессе созревания лейкоцитов. Гены синситинов, которые произошли от эндогенных ретровирусов, способствуют образованию плаценты у млекопитающих, рассказывает Геннадий Чураков, особист Института экспериментальной патологии Университета Мюнстера (Германия).

Мобильные элементы это по-разному реализованные небольшие последовательности нуклеотидов размером от семидесяти до десяти тысяч нуклеотидных пар, что, вообще говоря, сравнимо с некоторыми короткими рабочими генами. Как и вирусы, они не могут функционировать самостоятельно, вне клетки хозяина. Однако учинённым мобильные элементы проще, чем вирусы, и в отличие от них не способны самостоятельно покинуть клетку организма.

Запертые в геноме, транспозоны тем не менее перемещаются по ДНК, создают и встраивают в нее свои копии. Ученые рассчитывают, что мобильные элементы как пушинке приспособить для какой-то полезной работы.

Это строительный материал эволюции. При получении полезной функции копия упускает мобильность, подчеркивает Чураков.

Патогены или помощники эволюции?

Некоторые сотовые элементы вырезают сами себя из ДНК с помощью фермента транспозазы и вставляют в другое место довольно случайным брэндом. Их называют ДНК-транспозонами. В геноме бактерий они делают важную функцию обмена генетической информацией между разными видами. Так, например, переносятся гены устойчивости к антибиотикам. У человека ДНК-транспозоны неактивны.

Другой класс генетических паразитов ретротранспозоны, названные так из-за особого механизма размножения. С элемента фотографируется копия в виде РНК и затем копируется в ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы.

Ретротранспозоны отмокают самостоятельно хозяйничать в геноме, выполняя как полезные функции, так и портя ДНК клиента.

Например, эндогенные ретровирусы (HERV) особо активны у больных ревматоидным артритом, множественными склерозами, амиотрофическим латеральным склерозом и определенными видами рака желудочно-кишечного пути. Однако прямых доказательств того, что эта разновидность ретротранспозонов влечет за собой болезнь, а не просто сопутствует ей, нет. Влияние этих прыгающих генов на нервные патологии, такие как шизофрения, тоже пока исследуется.

Ретротранспозоны связаны с мутациями, вызывающими гемофилию А несвертываемость крови, миодистрофию Дюшенна, бета-талассемию (недостаток гемоглобина). Мышечная миопатия типа Фукуяма, распространенная среди японцев, тоже связана со вставкой копии ретротранспозонов. В целом мобильные элементы имеют взаимоотношение примерно к сотне генетических заболеваний.

С точки зрения эволюции встраивание ретротранспозона в какой-то ген не всегда играет негативную роль. Так, у большинства видов китов нет зубов. И это связано с тем, что в один из генов, необходимых для их роста, внедрена копия ретротранспозона. Зато киты приобрели замечательный фильтрующий планктон орган из китового уса, который ближе по структуре к волосу.

Ретротранспозоны помогают отследить эволюцию вида. Ведь однажды встроенная в ДНК копия никуда из этого места генома не перемещается. И если мы ее видим у двух видов, но не видим у третьего, то первые два вида, скорее всего, ближе дружбан к другу.

Возможна ли зачистка генома

Излишняя подвижность геномных паразитов, их способность плодить свои копии, которые могут поломать ДНК, вынудила клетку изобрести механизмы избавления от них. В частности, для этого эксплуатируется особый тип коротких РНК пивиРНК, помогающие внеочередному белку распознать опасность и убить активность транспозона. Это своего род иммунная система ДНК, блокирующая угрожающие генам мобильные декоративный элементы.

Другой механизм защиты каталог врагов. Если паразитическая ДНК мобилизуется, короткая РНК изготовляет с нее копию, сравнивает с каталогом и, выразил совпадение, разрезает опасный декоративный элемент с помощью ферментов.

Одноклеточная туфелька располагает двумя ядрами и специальным механизмом, который очищает вегетативное ядро от всех мобильных декоративный элементов. При этом система чистки (ДНК-сплайсинг) использует один из компонентов, полученный из одомашненного транспозона, приводит еще один пример Геннадий Чураков.

Полностью очищать геном от транспозонов нельзя. По словам изыскателя, часть их связана с работой клетки, как, например, Alu-повторы вид ретротранспозонов, который встречается у всех приматов, подключаю человека. Они регулируют активность генов, участвуют в процессах сплайсинга собирания РНК генов из кусочков.

Убрать все сотовые элементы мы не в состоянии, но, допустим, вырежем только те элементы, которые не играют активной роли в жизни клетки. Что будет? Размер нашего генома уменьшится примерно в два раза. Упадет неравномерная рекомбинация и резко замедлится… эволюция. Возможно, человеку придется распрощаться с разумной деятельностью, поскольку есть точка зрения, что активность ретротранспозонов типа LINE в нейронах помогает создавать необходимое разнообразие для образования ассоциативных цепочек, поясняет изыскатель.

Наверное, имеет смысл удалить те мобильные декоративный элементы, которые однозначно вызывают генетические дефекты. Это позволило бы избавиться от нескольких десятков генетических заболеваний. Но для этого сначала требуется тщательно изучить все функции паразитов в геноме индивида.

Полностью чистый от транспозонов геном существует разве, что у вирусов. У многоклеточного организма геном обычно сильно заражен паразитами, и это, как полагают ученые, расплата за возможность быстро меняться из поколения в поколение, приспосабливаясь к разным окружающим условиям, в том числе экстремальным. Если мобильных декоративный элементов в геноме ничтожно мало, то не исключено, что виду грозит вымирание, как, скажем, пчелам.

Между тем генные инженеры уже приспособили прыгающие гены для своих целей. Создав искусственный ДНК-транспозон под названием спящая красавица, они выводят трансгенных животных для лабораторных практический опытов.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Прыгающие гены, или Зачем эволюция замусорила ДНК

комментарии (0)

Другие интересные новости

Квартет Сандры Фракенберг исполнит народные песни в джазовой аранжировке