Как геном защищается от вторжения «прыгающих генов»
Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, показывает, как геном защищается от вторжения транспозонов — мобильных последовательностей ДНК, оставшихся от вирусов. Эти «прыгающие гены» могут составлять до 50% человеческого генома и представляют угрозу генетической целостности организма.
Ключевой механизм защиты
Для подавления активности транспозонов организм использует систему на основе Piwi-взаимодействующих РНК (piРНК). Однако реакция этой системы на появление нового транспозона до конца не изучена.
Экспериментальная модель
Учёные использовали диких плодовых мушек Drosophila, несущих транспозон P-элемент, который отсутствует у лабораторных линий. При скрещивании лабораторных самок с дикими самцами потомство оказывалось стерильным, так как не могло «заглушить» новый транспозон из-за отсутствия материнских piРНК.
Неожиданное наблюдение и открытие
Исследователи заметили, что с возрастом гибридные мухи восстанавливали фертильность. Анализ геномов на разных стадиях развития показал:
- Введение нового транспозона вызывало масштабный сбой всей piРНК-системы.
- Активировались не только P-элементы, но и более 120 других резидентных транспозонов в геноме дрозофилы, что, вероятно, и приводило к стерильности.
Механизмы восстановления контроля
По мере старения гибридов активность всех транспозонов подавлялась, а фертильность возвращалась. Это происходило благодаря двум механизмам:
- Для P-элементов: мухи научились перерабатывать унаследованные от отца транскрипты piРНК в зрелые молекулы, способные «заглушить» новый транспозон.
- Для резидентных транспозонов: они «встраивались» в кластеры piРНК, изменяя их архитектуру так, чтобы производились новые piРНК, способные их подавить.
Вывод
Введение единственного нового транспозона вызывает генетический кризис, активирующий все транспозоны в геноме и нарушающий фертильность. В ответ организм перестраивает архитектуру генома, «перезаряжая» кластеры piРНК для более эффективного подавления мобильных элементов.