Выявлен ранее неизвестный механизм подавления работы генов

Ученые Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН совместно с коллегами выявили ранее неизвестный механизм подавления работы генов мобильными генетическими элементами — так называемыми «прыгающими генами». Перемещаясь по геному, они способны распространять вокруг себя молекулярные метки, которые «выключают» соседние гены, что потенциально играет важную роль в процессах эволюции. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ).

«Создав подробную базу мобильных элементов у Drosophila virilis и проанализировав ландшафт их перемещений, мы смогли проследить конкретный механизм, с помощью которого мобильный элемент может „выключать“ соседние гены, распространяя на них молекулярные метки. Знание этих процессов поможет понять, как эволюционируют геномы самых разных организмов, в том числе человека, как они сохраняют стабильность во времени, одновременно оставаясь пластичными и способными к эволюционным изменениям», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта Сергея Фуникова, кандидата биологических наук, старшего научного сотрудника лаборатории молекулярных механизмов биологической адаптации Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН.

Исследование проводилось на плодовых мушках-дрозофилах. Проанализировав последовательности и расположение мобильных элементов в пяти различных линиях дрозофил, ученые установили, что в ходе эволюции эти насекомые трижды приобретали разные группы «прыгающих генов». При этом набор мобильных элементов оказался индивидуальным для разных линий мух. Ученые также обнаружили, что близкие виды дрозофил способны обмениваться такими элементами. По их данным, мобильные элементы могут появляться в геномах насекомых, затем исчезать и вновь возвращаться. Это может происходить при скрещивании близкородственных видов или при переносе паразитическими клещами, мигрирующими между особями разных видов.

Чтобы понять, как мобильные элементы влияют на работу обычных генов, исследователи изучили участки ДНК рядом с ними. Выяснилось, что «прыгающие гены» могут распространять вокруг себя особые химические метки на белках-гистонах — своеобразных «катушках», вокруг которых намотана молекула ДНК. Такие изменения действуют как молекулярные переключатели и способны «включать» или «выключать» гены.

Оказалось, что «молчащие» метки могут распространяться на расстояние до 4 тыс. «букв» ДНК — единиц генетического кода. В результате может подавляться работа до 35% генов, расположенных рядом. При этом в некоторых случаях вставка мобильного элемента не влияет на активность соседней ДНК, что, по словам авторов, указывает на сложную систему регуляции генов в процессе эволюции. Мобильные элементы присутствуют в геномах практически всех живых организмов, включая человека. Поэтому понимание механизмов их влияния на работу генов поможет ученым лучше разобраться в том, как геномы меняются в ходе эволюции и как поддерживается генетическое разнообразие видов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. В ходе работы ученые впервые составили карту распределения мобильных элементов в геномах плодовых мушек Drosophila virilis, отличающихся большим разнообразием повторяющихся последовательностей, возникших в результате копирования и перемещения генетических элементов.

О «прыгающем гене»

Геном человека и фактически всех других многоклеточных существ содержит в себе большое число так называемых транспозонов — фрагментов «мусорной» ДНК, способных копировать себя и вставлять свои копии в геном. Они возникли в далеком прошлом в результате интеграции различных ретровирусов в геном наших предков.

Ученые выделяют несколько семейств транспозонов, некоторые из которых занимают существенную часть генома людей и других живых существ. В частности, ДНК человека примерно на 20% состоит из повторяющихся копий генома древних ретровирусов, которые относятся к так называемому семейству LINE-1. Его «предок» заражал древних животных свыше 300 миллионов лет назад, и впоследствии он стал частью их генома.