Фрагменты ДНК древних вирусов, которые десятилетиями считались генетическим «мусором», на самом деле выполняют важнейшую функцию. Эти генетические остатки являются функциональными компонентами генома человека, действуя как переключатели, которые активируют и деактивируют гены. Данная функция особенно важна на ранних стадиях эмбрионального развития.
Эти генетические остатки, известные как транспозоны или «прыгающие гены», составляют почти половину генома человека. Большинство из них являются следами древних вирусов, встроившихся в ДНК наших предков миллионы лет назад. Долгое время наука считала их бесполезными, поскольку они не кодируют белки. Однако современные данные показывают, что транспозоны играют роль в регуляции генов, часто через создание некодирующей РНК — молекулы, которая помогает клеткам дифференцироваться и контролирует рост эмбриона.
Исследование, опубликованное 18 июля в журнале Science Advances, было проведено под руководством Хироми Накао-Иноуэ, координатора исследований в Институте передовых исследований биологии человека Киотского университета.
В центре внимания оказалась специфическая семья транспозонов под названием MER11, которая проникла в геномы приматов около 40 миллионов лет назад.
В ходе работы ученые классифицировали последовательности семейства MER11 на четыре подгруппы в зависимости от их эволюционного возраста: от самой старой (MER11_G1) до самой молодой (MER11_G4).
Затем исследователи в лабораторных условиях ввели почти 7 000 таких последовательностей, взятых у людей и других приматов, в культуру стволовых клеток и нейрональных клеток на ранней стадии развития. После этого была измерена активность генов в этих клетках.
Результаты показали, что самая молодая подгруппа, MER11_G4, обладает мощной способностью активировать гены. Механизм этой активности заключается в наличии у MER11_G4 уникальных «сайтов связывания факторов транскрипции». Эти участки ДНК служат своеобразными «посадочными площадками» для белков, которые контролируют экспрессию генов.
Были выявлены незначительные различия в последовательностях MER11_G4 у людей, шимпанзе и макак. Эти вариации приводят к разным регуляторным эффектам у каждого вида, что указывает на их роль в эволюционных процессах.
Кристина Туфарелли, генетик из Онкологического исследовательского центра Лестерского университета, проанализировала работу и отметила, что она подчеркивает, как много еще неизвестно о геноме.
По словам Туфарелли, разнообразие внутри семейств вирусоподобных транспозонов «в значительной степени упускалось из виду».
Прорыв в изучении транспозонов стал возможен благодаря технологии редактирования генов CRISPR. Этот инструмент позволил ученым детально исследовать, как транспозоны влияют на структуру хроматина и активность генов после оплодотворения.
Подход, использованный в исследовании, может быть применен к любым транспозонам для лучшего понимания их регуляторных функций. Будущие эксперименты с использованием CRISPR могут включать удаление определенных частей этих элементов, чтобы точно определить их роль в регуляции генов как в норме, так и при патологиях.
Изображение носит иллюстративный характер
Эти генетические остатки, известные как транспозоны или «прыгающие гены», составляют почти половину генома человека. Большинство из них являются следами древних вирусов, встроившихся в ДНК наших предков миллионы лет назад. Долгое время наука считала их бесполезными, поскольку они не кодируют белки. Однако современные данные показывают, что транспозоны играют роль в регуляции генов, часто через создание некодирующей РНК — молекулы, которая помогает клеткам дифференцироваться и контролирует рост эмбриона.
Исследование, опубликованное 18 июля в журнале Science Advances, было проведено под руководством Хироми Накао-Иноуэ, координатора исследований в Институте передовых исследований биологии человека Киотского университета.
В центре внимания оказалась специфическая семья транспозонов под названием MER11, которая проникла в геномы приматов около 40 миллионов лет назад.
В ходе работы ученые классифицировали последовательности семейства MER11 на четыре подгруппы в зависимости от их эволюционного возраста: от самой старой (MER11_G1) до самой молодой (MER11_G4).
Затем исследователи в лабораторных условиях ввели почти 7 000 таких последовательностей, взятых у людей и других приматов, в культуру стволовых клеток и нейрональных клеток на ранней стадии развития. После этого была измерена активность генов в этих клетках.
Результаты показали, что самая молодая подгруппа, MER11_G4, обладает мощной способностью активировать гены. Механизм этой активности заключается в наличии у MER11_G4 уникальных «сайтов связывания факторов транскрипции». Эти участки ДНК служат своеобразными «посадочными площадками» для белков, которые контролируют экспрессию генов.
Были выявлены незначительные различия в последовательностях MER11_G4 у людей, шимпанзе и макак. Эти вариации приводят к разным регуляторным эффектам у каждого вида, что указывает на их роль в эволюционных процессах.
Кристина Туфарелли, генетик из Онкологического исследовательского центра Лестерского университета, проанализировала работу и отметила, что она подчеркивает, как много еще неизвестно о геноме.
По словам Туфарелли, разнообразие внутри семейств вирусоподобных транспозонов «в значительной степени упускалось из виду».
Прорыв в изучении транспозонов стал возможен благодаря технологии редактирования генов CRISPR. Этот инструмент позволил ученым детально исследовать, как транспозоны влияют на структуру хроматина и активность генов после оплодотворения.
Подход, использованный в исследовании, может быть применен к любым транспозонам для лучшего понимания их регуляторных функций. Будущие эксперименты с использованием CRISPR могут включать удаление определенных частей этих элементов, чтобы точно определить их роль в регуляции генов как в норме, так и при патологиях.
