Редкое эволюционное событие зафиксировано в лаборатории
Исследователям из Техасского университета в Остине потребовалось почти полтриллиона попыток, чтобы зафиксировать редкое событие и, возможно, решить эволюционную загадку о том, как интроны — некодирующие последовательности ДНК внутри генов — размножаются в геноме. Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, касаются фундаментальных вопросов об эволюции новых видов и могут расширить понимание экспрессии генов и причин таких заболеваний, как рак.
До сих пор единственным способом отследить эволюцию интронов был филогенетический анализ — изучение эволюционных связей между родственными организмами. Данная работа — первое экспериментальное подтверждение того, как интроны могут перемещаться в организм.
Известно, что значительная часть ДНК в геноме не кодирует функциональные молекулы или белки. Однако эти последовательности, ошибочно названные «мусорной» ДНК, часто имеют функциональное значение. Интроны не исключение. Теперь известно, что они играют роль в определении того, какие гены экспрессируются. Интроны — это участки генов, которые вырезаются из РНК перед трансляцией в белок.
Когда эукариоты отделились от бактерий, произошло массовое вторжение интронов в геном. Все живые эукариоты — от дрожжей до млекопитающих — имеют этого общего предка. В то время как у более простых организмов, таких как дрожжи, большинство интронов было утрачено, у млекопитающих их количество значительно увеличилось. У человека более 200 000 интронов, которые занимают около 40% генома.
В данной работе команда использовала новый репортерный анализ для прямого обнаружения потери и приобретения интронов у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Было протестировано почти полтриллиона дрожжей, и только в двух случаях интрон был добавлен к новому гену. Предложенный механизм этого добавления — обращение реакции сплайсинга.
В норме для синтеза белка РНК считывает инструкции с ДНК, пропуская код, содержащийся в интронах. Но в этих двух случаях клетка считала ДНК в обратном порядке, позволив интронам попасть в РНК, что создало постоянное генетическое изменение. Это называется приобретением интронов. Если они накапливаются со временем, это может способствовать как возникновению новых видов, так и человеческих болезней.
Работа показала, что интроны продолжают приобретаться, хотя и очень редко в любой момент времени. Если эти последовательности дают организмам селективное преимущество и закрепляются в популяции, они могут быть важным фактором в создании новых видов.
Однако эти эволюционные достижения имеют свою цену: такие заболевания, как рак, коррелируют с неправильным удалением интронов из РНК. Работа продолжается, чтобы лучше понять, как этот процесс влияет на нашу генетическую историю, будущее и перспективы лечения болезней.