Древние "геномные паразиты" стимулировали эволюцию беременности у млекопитающих

Международная группа ученых определила масштабные генетические изменения, которые отметили эволюцию беременности у млекопитающих.

Они обнаружили тысячи генов, которые в ходе эволюции стали экспрессироваться в матке у ранних млекопитающих, включая многие, важные для материнско-плодовой коммуникации и подавления иммунной системы. Удивительно, но эти гены, по-видимому, были рекрутированы и перепрофилированы из других типов тканей с помощью транспозонов — древних мобильных генетических элементов, иногда считающихся геномными паразитами.

Исследование, опубликованное онлайн в Cell Reports 29 января, проливает свет на то, как организмы эволюционируют, приобретая новые морфологические структуры и функции.

Ключевые генетические изменения

Чтобы изучить генетические изменения в ходе эволюции беременности, ученые с помощью высокопроизводительного секвенирования каталогизировали гены, экспрессируемые в матке у нескольких живых животных:

Затем с помощью вычислительных и эволюционных методов они реконструировали, какие гены экспрессировались у предковых млекопитающих.

Было обнаружено, что по мере эволюции первых млекопитающих (когда ресурсы для развития плода стали поступать больше от матери, чем из желтка) сотни генов, важных для клеточной сигнализации, метаболизма и развития матки, начали экспрессироваться в матке. После утери яичной скорлупы и эволюции живорождения у общего предка сумчатых и плацентарных млекопитающих было "включено" более 1000 генов, многие из которых были тесно связаны с установлением материнско-плодовой коммуникации. С эволюцией пролонгированной беременности у плацентарных млекопитающих начали экспрессироваться сотни генов, которые значительно усилили и усложнили эту коммуникацию, а также локально подавили материнскую иммунную систему в матке, защищая развивающийся плод.

Также были идентифицированы сотни генов, которые были "выключены" в ходе этой эволюции, многие из которых были вовлечены в формирование яичной скорлупы.

Роль транспозонов

Исследователи обнаружили, что большинство этих генов уже имели функции в других системах органов, таких как мозг, пищеварительная и кровеносная системы. Однако в ходе эволюции беременности они были рекрутированы для экспрессии в матке для новых целей. Они приобрели регуляторные элементы, позволившие им активироваться прогестероном — гормоном, критически важным для репродукции.

Этот процесс был обусловлен древними транспозонами. Многие из этих транспозонов обладали сайтами связывания прогестерона. Случайно встраиваясь в другие участки генома, транспозоны, по-видимому, передали этот механизм активации соседним генам.

Значение открытия

Полученные данные представляют новое объяснение того, как возникают совершенно новые биологические структуры и функции. Вместо постепенной эволюции экспрессии генов в матке по одному, транспозоны координировали масштабные изменения на уровне всего генома, позволив многочисленным генам активироваться одним и тем же сигналом — прогестероном, что помогло двинуть эволюцию беременности.

2015-01-29