Учёные обнаружили роль «мусорной» ДНК
Исследователи из Института наук о жизни Мичиганского университета и Медицинского института Говарда Хьюза определили, как сателлитная ДНК, считавшаяся «мусорной ДНК», играет ключевую роль в удержании генома вместе.
Их выводы, недавно опубликованные в журнале eLife, показывают, что этот генетический «мусор» выполняет жизненно важную функцию: обеспечивает правильную упаковку хромосом внутри ядра клетки, что необходимо для её выживания. Эта функция, по-видимому, сохраняется у многих видов.
Эта перицентромерная сателлитная ДНК состоит из очень простой, высокоповторяющейся последовательности генетического кода. Хотя она составляет значительную часть нашего генома, сателлитная ДНК не содержит инструкций для создания каких-либо конкретных белков. Более того, её повторяющийся характер, как считается, делает геном менее стабильным и более уязвимым для повреждений или болезней. До недавнего времени учёные полагали, что эта так называемая «мусорная» или «эгоистичная» ДНК не служит никакой реальной цели.
«Но мы не были до конца убеждены в идее, что это просто геномный мусор, — сказала Юкико Ямасита, ведущий автор исследования. — Если бы мы в ней активно не нуждались, и если бы её отсутствие давало нам преимущество, то эволюция, вероятно, от неё избавилась бы. Но этого не произошло».
Ямасита и её коллеги решили посмотреть, что произойдёт, если клетки не смогут использовать эту перицентромерную сателлитную ДНК. Поскольку она существует в виде длинных повторяющихся последовательностей, исследователи не могли просто мутировать или вырезать всю сателлитную ДНК из генома. Вместо этого они подошли к вопросу через белок D1, который, как известно, связывается с сателлитной ДНК.
Исследователи удалили D1 из клеток часто используемого модельного организма Drosophila melanogaster (плодовой мушки). Команда быстро заметила, что зародышевые клетки — те, что в конечном итоге развиваются в сперматозоиды или яйцеклетки — погибали.
Дальнейший анализ показал, что умирающие клетки образовывали микроядра, или крошечные почки, вне основного ядра, которые содержали фрагменты генома. Без полного генома, заключённого в ядре, клетки не могли выжить.
Исследователи полагают, что белок D1 связывается с сателлитной ДНК, чтобы стянуть все хромосомы вместе в ядре. Если белок D1 не может захватить сателлитную ДНК, клетка теряет способность сформировать полноценное ядро и в конечном итоге погибает.
«Это похоже на формирование букета, — объяснила Ямасита. — У белка есть несколько сайтов связывания, поэтому он может связываться с несколькими хромосомами и упаковывать их вместе в одном месте, предотвращая выход отдельных хромосом из ядра».
Команда провела аналогичные эксперименты на клетках мыши и получила те же результаты: когда они удалили белок, который обычно связывается с мышиной сателлитной ДНК, клетки снова образовали микроядра и не выжили.
Сходные результаты, полученные на клетках плодовой мушки и мыши, позволяют Ямасите и её коллегам считать, что сателлитная ДНК необходима для выживания клеток не только у модельных организмов, но и у всех видов, которые упаковывают ДНК в ядро, включая человека.