Ученые проследили происхождение генетических ошибок с помощью отслеживания ДНК

Ученые пролили свет на то, как естественные мутации могут попадать в нашу ДНК. Исследование, сосредоточенное на процессе репликации ДНК при каждом делении клетки, помогает объяснить ранее необъяснимые закономерности в изменении нашей ДНК со временем и дает новое понимание того, как формировался человеческий геном в ходе эволюции.

Исследователи разработали метод, который помогает лучше понять процесс репликации ДНК и отследить, где вероятнее всего возникают ошибки. Исследование показало, что некоторые генетические переключатели (регуляторные элементы), контролирующие активацию генов, вероятно, являются "горячими точками" для возникновения мутаций.

Ученые из Эдинбургского университета создали метод для маркировки и отслеживания новых фрагментов ДНК по мере их синтеза, а также для определения ответственной за копирование фермента — полимеразы.

В процессе участвуют несколько полимераз. Одна из них сначала создает короткие участки ДНК, которые служат "строительными лесами" (праймерами), чтобы другие полимеразы могли затем реплицировать оставшуюся ДНК.

Поскольку эта ДНК-затравка содержит ошибки, стандартная модель предполагала, что она полностью удаляется в процессе. Однако исследователи обнаружили, что небольшая, но значительная часть — до 1,5% — готовой ДНК представляет собой оставшийся праймер.

Эти участки-затравки и содержащиеся в них ошибки остаются "запертыми" в ДНК. Это имеет тенденцию происходить в важных регуляторных переключателях, которые часто контролируют включение и выключение генов. Следовательно, эти сайты с большей вероятностью, чем другие регионы, содержат "застрявшую" праймерную ДНК и связанные с ней ошибки.

Ошибки в этих ключевых генетических последовательностях могут изменить или разрушить регуляторный переключатель, что может привести к генетическому заболеванию, изменить восприимчивость к распространенным болезням или способствовать развитию рака.

Исследователи надеются, что эти знания помогут в поиске болезнетворных мутаций, особенно в сложных для интерпретации регионах генома, которые не кодируют белки.

Исследование, финансируемое Medical Research Council (MRC), опубликовано в журнале Nature.

Доктор Мартин Тейлор, соавтор исследования из MRC Human Genetics Unit: "Мы знали о поразительных закономерностях в изменении ДНК в течение нескольких лет, но не могли объяснить, почему они существуют. Эта новая работа дает нам механизм и выявила ранее невидимые закономерности, которые, вероятно, являются самым важным открытием, поскольку они указывают на участки в нашей ДНК, где, вероятно, наблюдается высокая частота повреждающих мутаций".

Профессор Эндрю Джексон, соавтор исследования из MRC Human Genetics Unit: "Наши исследовательские группы очень горды тем, что разработали важный новый метод для отслеживания полимеразных ферментов, копирующих наш геном внутри самой клетки. Это показывает нам, что, несмотря на удивительную точность репликации ДНК, ошибки все же происходят и концентрируются в важных участках генома. Это новое понимание фундаментального биологического процесса стало возможным благодаря объединению междисциплинарного вычислительного и лабораторного опыта в IGMM".