Скорость деления клеток влияет на архитектуру генов

Исследователи из Instituto Gulbenkian de Ciência (Португалия) и Centre for Molecular and Structural Biomedicine (Университет Алгарве, Португалия) обнаружили, что для быстрого "считывания" генетической информации важна не только длина гена, но и его архитектура. Исследование опубликовано в журнале eLife.

Команда под руководством Руи Мартинью изучала ранние стадии развития плодовой мушки (Drosophila melanogaster). В этот период клетки делятся очень быстро, но при этом им необходимо корректно "считывать" гены для производства нужных белков. Гены содержат последовательности, называемые интронами, которые необходимо удалить перед синтезом белка.

Уменьшив эффективность клеточного механизма, удаляющего интроны, учёные обнаружили, что сбой "считывания" происходит только в генах, экспрессируемых во время раннего эмбриогенеза, когда клетки делятся быстро. Это привело к гипотезе, что процесс удаления интронов требует времени, что создаёт проблему в быстро пролиферирующих тканях с узким временным окном для экспрессии генов.

Гипотеза подтвердилась при введении в ранний эмбрион мушки нетипичного гена с множеством интронов: быстро делящиеся клетки не могли эффективно обработать такой ген. Команда заключила, что гены, экспрессируемые в быстро делящихся клетках, должны быть не только короткими, но и в основном без интронов. Это объясняет, почему большинство генов, экспрессируемых во время раннего эмбриогенеза Drosophila, не имеют интронов.

Руи Мартинью: "Наша работа показывает, что биологические системы довели скорочтение до другого уровня: помимо удаления несущественных слов и предложений, чтобы сделать текст короче, была изменена вся его организация — он в основном без абзацев".

Леонардо Гилгур, первый автор работы: "Недавно другая исследовательская группа показала, что ингибирование механизма удаления интронов обладает мощной активностью против большинства линий раковых клеток. Поэтому углубление наших знаний о роли эффективности удаления интронов в развитии не только способствует пониманию ключевого биологического процесса, но и открывает новую почву для разработки противораковых препаратов".

Подобные ограничения для архитектуры генов, вероятно, распространены во время быстрого развития, что наблюдается и у других организмов, таких как комары и рыбки данио.