Новый взгляд на геном человека через призму эволюции

Сравнив геном человека с геномами 34 других млекопитающих, австралийские учёные обнаружили неожиданно высокую долю функциональных элементов, сохранившихся в ходе эволюции.

Менее 1.5% человеческого генома составляют классические гены, кодирующие белки. Остальное долгое время считалось «мусорной» ДНК. Однако, хотя другие исследования показали, что около 5–8% генома консервировано на уровне последовательности ДНК (что указывает на функциональность), новое исследование демонстрирует, что дополнительно гораздо большая часть, возможно до 30%, консервирована на уровне структуры РНК.

ДНК — это биологический чертёж, который должен быть скопирован в другую форму для реализации. В процессе транскрипции ДНК копируется в РНК. Часть РНК кодирует белки, выполняющие задачи в клетках. Большинство молекул РНК не кодируют белки, а выполняют регуляторные функции, например, определяя способы экспрессии генов.

Нуклеиновые кислоты, составляющие РНК, соединяются специфическим образом, заставляя молекулы РНК скручиваться и образовывать сложные трёхмерные структуры.

Доктор Мартин Смит и профессор Джон Мэттик из Института медицинских исследований Гарвана в Сиднее разработали новый, более точный метод предсказания этих сложных структур РНК и применили его к геномам 35 различных млекопитающих, включая летучих мышей, мышей, свиней, коров, дельфинов и человека. Одновременно они сопоставили мутации в геномах с устойчивыми структурами РНК, сделав вывод о консервации функции. Результаты опубликованы в Nucleic Acids Research.

«Геномы со временем накапливают мутации, некоторые из которых не меняют структуру соответствующих РНК. Если последовательность меняется в ходе эволюции, но структура РНК остаётся прежней, то принципы естественного отбора предполагают, что эта структура функциональна и необходима организму», — объяснил доктор Мартин Смит.

Гипотеза исследования: консервированные структуры РНК представляют собой общий шаблон для регуляции экспрессии генов у млекопитающих, и это может быть экстраполировано на позвоночных и менее сложные организмы.

Предполагаемая функция: РНК-структуры, вероятно, работают подобно белкам, состоящим из структурных доменов. Они могут служить каркасами (scaffolds), связывая специфические молекулы (например, белки или другие РНК) и помогая им взаимодействовать друг с другом. Это особенно важно для комплексов, контролирующих организацию и экспрессию генома в процессе развития.

Значение работы:

• Многие РНК-транскрипты связаны с заболеваниями и нарушениями развития и по-разному экспрессируются в разных клетках.
• Новые структурные предсказания могут служить инструментом аннотации, помогая исследователям понять функцию этих РНК-транскриптов.

Следующие шаги: детальное описание структур, выяснение их точной роли в клетке и связи с нормальным развитием и болезнями.