Поглощение фрагментов ДНК из умирающих клеток может переопределить эволюцию и геномику млекопитающих

Новое исследование под руководством профессора Индранила Миттры показывает, что процесс горизонтального переноса генов, характерный для бактерий, может происходить и в организмах млекопитающих. Это происходит через фрагменты ДНК, известные как бесклеточные хроматиновые частицы (cfChPs).

Эти частицы высвобождаются из миллиардов клеток, ежедневно умирающих в организме, и могут поглощаться живыми клетками, образуя сложные генетические структуры с новыми функциями. Исследование опубликовано в eLife.

Ключевые результаты эксперимента

• Ученые выделили cfChPs из человеческой сыворотки и ввели их в культивируемые клетки мыши.
• Частицы легко поглощались клетками и беспорядочно соединялись в крупные сложные образования — конкатемеры.
• Эти конкатемеры начали вести себя как автономные геномы: реплицироваться, создавать собственный аппарат для синтеза белков и производить новые белки.
• В конкатемерах были обнаружены мобильные генетические элементы человека LINE-1 и Alu ("прыгающие гены"). Попав в клетки мыши, они размножались, амплифицировались и перестраивались, потенциально изменяя ДНК клетки-хозяина непредсказуемым образом.

"Спутниковые геномы" и новая модель

Профессор Миттра предлагает модель, согласно которой клетка одновременно содержит две формы генома:

1. Наследственный геном (унаследованный).
2. Множество приобретенных "спутниковых геномов" (конкатемеры).

"Стирание границы между этими двумя формами генома потенциально предлагает новый механизм быстрой геномной инновации и разнообразия", — объясняет профессор Миттра.

Роль "мусорной" ДНК

Исследователи обнаружили, что cfChPs и конкатемеры в основном состоят из некодирующей ДНК, которая составляет до 99% человеческого генома и долгое время считалась "мусорной". Это открытие предполагает, что некодирующая ДНК обладает скрытыми биологическими функциями. Эти функции остаются неактивными, но "пробуждаются" после клеточной смерти и становятся обнаружимыми внутри конкатемеров.

Значение для науки и медицины

• Эволюция генома: Открытие бросает вызов представлению о медленных генетических изменениях через наследование. Если клетки могут поглощать и перестраивать генетические фрагменты из умирающих клеток посредством "внутриорганизменного" горизонтального переноса генов, процесс может быть более динамичным.
• Онкология: Раковые клетки часто содержат внехромосомную ДНК (ecDNA), которая способствует росту опухоли и устойчивости к лечению. Исследование предполагает, что эти фрагменты могут быть конкатемерами, образованными из cfChPs, захваченными из окружающих умирающих клеток. Деактивация cfChPs до их попадания в новые клетки-хозяева может стать новым подходом в лечении рака.

Это открытие переопределяет понимание ДНК как динамичной, постоянно меняющейся системы и может трансформировать подходы в эволюционной биологии, онкологии, исследованиях старения и регенеративной медицине.