Учёные пролили свет на биологическую «тёмную материю»
Биологи изучили функцию плохо изученной категории генов, которые производят длинные некодирующие РНК, а не белки. Некоторые из этих генов сохранились в ходе эволюции и присутствуют в 11 видах — от человека до лягушки. Исследование возглавлялось в Университете Лозанны (UNIL) в партнёрстве с Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL) и Швейцарским институтом биоинформатики (SIB). Опубликовано в журнале Nature.
Классическая роль гена — производство белков. Однако в геномах также есть гены, производящие длинные некодирующие РНК, чьи функции загадочны. Уже 4–5 лет известно, что тысячи таких генов присутствуют в геномах человека и мыши.
Команда под руководством профессора Хенрика Кассмана в Центре интегративной геномики UNIL составила каталог длинных некодирующих РНК в 11 видах. Используя эволюционный подход, они обнаружили, что около 2500 длинных некодирующих РНК впервые появились не менее 90 миллионов лет назад в общем предке большинства плацентарных млекопитающих. Эти «древние» гены оказались особенно интересны.
Первый автор статьи в Nature, Анамария Нексулеа (EPFL), расширила исследование на шесть видов приматов (человек, макака, шимпанзе, бонобо, горилла, орангутан), а также на мышь, опоссума, утконоса, птицу (курица) и амфибию (лягушка). Общий предок всех этих видов существовал более 350 миллионов лет назад.
Гены, сохранившиеся в эволюции
Биологи использовали геномную платформу CIG и вычислительный центр SIB Vital-IT, чтобы идентифицировать длинные некодирующие РНК в основных органах 11 видов. «Мы обнаружили последовательности РНК, производимые из участков генома, где ранее не было известно генов», — сказала Нексулеа. Было идентифицировано от 3000 до 15 000 генов длинных некодирующих РНК в зависимости от вида.
Сравнение видов позволило определить появление этих генов в эволюционной истории. В то время как 11 000 длинных некодирующих РНК общие для всех приматов, 2500 восходят к общему предку человека и мыши (~90 млн лет назад). Лишь около ста генов такого типа происходят от общего предка всех одиннадцати видов, включая птиц и амфибий.
«Одна из наших главных находок — активность этих некодирующих генов контролируется теми же факторами транскрипции, что и активность кодирующих белки генов. Более того, мы обнаружили, что 2500 самых древних длинных некодирующих РНК регулируются факторами, важными для эмбрионального развития. Это предполагает, что среди этих РНК, сохранившихся в ходе эволюции плацентарных млекопитающих, большой процент может функционировать именно в эмбриональном развитии».
Новая сеть взаимодействий
Третья фаза исследования позволила выявить сеть взаимодействий (коэкспрессии), включающую как длинные некодирующие РНК, так и кодирующие белки гены. Например, некоторые некодирующие гены оказались сильно связаны с белковыми генами, участвующими в функции мозга или сперматогенезе, что предполагает схожие функции.
В случае гена H19X — одного из самых древних, идентифицированных в исследовании — его связь с геном H19 плацентарных млекопитающих помогла раскрыть его функцию: «H19 предотвращает чрезмерный рост плаценты в утробе матери. Можно предположить, что H19X также способствует этой функции. Теперь мы планируем отключить этот ген у мышей, чтобы проверить его функции в плаценте».
Это исследование беспрецедентного масштаба предполагает, что часть геномной «тёмной материи» может играть роль в развитии и функционировании жизненно важных органов. Будущие экспериментальные исследования прояснят роль этих генов, которые только начали раскрывать свои секреты.