Перепрограммирование регуляции генов за 300 миллионов лет эволюции

Исследователи из Кембриджа, Глазго и Греции обнаружили поразительную пластичность в том, как транскрипционные факторы — белки, связывающиеся с ДНК для контроля активации генов, — сохраняют свою функцию на больших эволюционных расстояниях.

Согласно общепринятым представлениям, транскрипционные факторы узнают регулируемые ими гены, связываясь с короткими, специфичными по последовательности участками ДНК. Предполагалось, что, как и последовательности самих генов, эти сайты связывания транскрипционных факторов будут высококонсервативны в ходе эволюции. Однако у млекопитающих это оказалось не так.

Авторы проследили эволюцию регуляции генов, сравнив связывание эволюционно консервативных транскрипционных факторов в геномах пяти видов позвоночных: человека, собаки, мыши, короткохвостого опоссума и курицы — охватив 300 миллионов лет.

Во всех протестированных видах транскрипционные факторы CEBPA и HNF4A являются главными регуляторами генов, специфичных для печени. Сравнив карты их связывания в геномах каждого вида, учёные обнаружили, что в большинстве случаев ни местоположение, ни последовательность сайтов связывания не консервативны. Несмотря на это, факторы всё равно регулируют в основном консервативную экспрессию генов и функцию печёночной ткани.

"Эволюционные изменения в связывании транскрипционных факторов у пяти видов оставили нам подсказки, как объяснить сохранение функции при отсутствии консервации последовательности. Мы выяснили, что хотя факторы регулируют сходные гены-мишени у всех пяти видов, сами события связывания, лежащие в основе этой регуляции, не сохранились по мере расхождения видов", — пояснил соавтор работы Пол Флайсек.

"Изучая изменения в связывании транскрипционных факторов, мы можем понять эволюцию регуляции генов. Различия в регуляции генов лежат в основе различий между видами, а нарушение регуляции — ключевой причинный фактор таких болезней, как рак", — отметил соавтор Дункан Одом.

Результаты показывают, что консервация последовательности — не единственный механизм поддержания тканеспецифичной регуляции генов.