Древната вирусна ДНК, вградена в нашия геном, отдавна се смята за „генетичен боклук“, но може да играе важна роля в регулирането на генната експресия, разкрива ново международно проучване на учени.
Фокусирайки се върху семейство от последователности, наречени MER11, изследователи от Япония, Китай, Канада и САЩ са показали, че тези елементи са еволюирали, за да повлияят на включването и изключването на гените, особено в ранното човешко развитие, и че те представляват важен секретен код в нашия геном, пише Science Daily.
7 неща, които децата наследяват само от бащите си
Транспозонът (транспозонен елемент или ТЕ) е повтаряща се ДНК последователност в генома, произхождаща от древни вируси. В продължение на милиони години те са се разпространили в генома чрез механизми на копиране и поставяне. Днес ТЕ съставляват почти половината от човешкия геном. Въпреки че някога се е смятало, че нямат полезна функция, последните изследвания разкриха, че някои от тях действат като „генетични превключватели“, контролиращи активността на близките гени в специфични типове клетки.
Още: Учени започват да създават човешка ДНК в лаборатория
Въпреки това, тъй като ТЕ са силно повтарящи се и често почти идентични по последователност, изучаването им е трудно. По-специално, по-младите ТЕ семейства, като MER11, са слабо категоризирани в съществуващите геномни бази данни, което ограничава способността ни да разберем тяхната роля.
Още: Учени: Избираме приятелите си заради сходни гени
Нов метод за класификация
За да преодолеят това, изследователите разработиха нов метод за класифициране на TE. Вместо да използват стандартни инструменти за анотиране, те групираха MER11 последователностите въз основа на техните еволюционни връзки и колко добре са запазени в геномите на приматите. Този нов подход им позволи да разделят MER11A/B/C на четири отделни подсемейства, наречени MER11_G1, MER11_G2, MER11_G3 и MER11_G4, подредени от най-старите към най-младите.
Хромозоми
Още: Учени: Кои гени се наследяват само от бащата?
Тази нова класификация разкри скрити досега модели на генен регулаторен потенциал. Изследователите сравниха новите подсемейства MER11 с различни епигенетични маркери, които са химични маркери върху ДНК и свързани протеини, влияещи върху генната активност. Това показа, че тази нова класификация по-добре съответства на действителната регулаторна функция в сравнение с предишни методи.
За да проверят директно дали MER11 последователностите могат да контролират генната експресия, екипът използва техника, наречена lentiMPRA (лентивирусен масово паралелен репортерски анализ). Този метод позволява хиляди ДНК последователности да бъдат тествани едновременно чрез вмъкването им в клетки и измерване на това доколко всяка от тях повишава генната активност. Изследователите приложиха този метод към близо 7000 MER11 последователности от хора и други примати и измериха техните ефекти върху стволови клетки и нервни клетки в ранен стадий.
Резултатите показват, че MER11_G4 (най-младото подсемейство) показва силна способност да активира генната експресия. То също така има отчетлив набор от регулаторни „мотиви“, които са къси участъци от ДНК, служещи като места за свързване на транскрипционни фактори – протеини, контролиращи кога гените се активират. Тези мотиви могат драстично да повлияят на начина, по който гените реагират на сигнали от развитието или околната среда.
По-нататъшен анализ показа, че MER11_G4 секвенциите при хора, шимпанзета и макаци са натрупали леко различни промени с течение на времето. При хора и шимпанзета някои секвенции са придобили мутации, които биха могли да увеличат регулаторния им потенциал в човешките стволови клетки.
Още: Пробив в изследването на вродените сърдечни заболявания
„Младият MER11_G4 се свързва с отделен набор от транскрипционни фактори, което предполага, че тази група е придобила различни регулаторни функции чрез промени в последователността и допринася за видообразуването“, обясни д-р Шун Чен, ръководител на изследването.
Секвенираният геном и тайните на ДНК
Проучване предлага модел за разбиране как „ненужната“ ДНК може да еволюира в регулаторни елементи с важни биологични роли. Чрез проследяване на еволюцията на тези последователности и директно тестване на тяхната функция, изследователите са показали как древна вирусна ДНК е била кооптирана, за да оформи генната активност при приматите.
Пристрастяването към тази храна се предава по генетичен път
„Нашият геном е секвениран от дълго време, но функцията на много от неговите части остава неизвестна. Смята се, че транспонируемите елементи играят важна роля в еволюцията на генома и се очаква тяхното значение да стане по-ясно с напредването на изследванията“, каза д-р Фумитака Иное, един от изследователите.
