Сети активности генов контролируют развитие органов
Впервые исследователи расшифровали генетические программы, контролирующие развитие основных органов у человека и других выбранных млекопитающих — макак-резусов, мышей, крыс, кроликов и опоссумов — до и после рождения. Используя технологии секвенирования нового поколения, молекулярные биологи Гейдельбергского университета проанализировали мозг, сердце, печень, почки, семенники и яичники.
Их масштабное исследование показало, в частности, что все изученные органы демонстрируют фундаментальные и исходные сети активности генов, которые должны были возникнуть на ранних этапах эволюции млекопитающих более 200 миллионов лет назад.
Во втором крупном исследовании учёные впервые изучили роль в развитии большой и до сих пор плохо изученной категории генов — так называемых РНК-генов, которые производят рибонуклеиновые кислоты, а не белки, как "обычные" гены.
Методология и результаты
- Для анализа использовались инновационные методы высокопроизводительного секвенирования нового поколения (NGS), позволившие одновременно анализировать экспрессию всех генов в геноме.
- Было прочитано более 100 миллиардов фрагментов экспрессии как белковых, так и РНК-генов.
- Биоинформатический анализ данных выявил:
- Фундаментальные сети активности генов, которые функционируют сходным образом и определяют ключевые процессы развития у всех изученных млекопитающих, включая человека.
- Большое количество генов, чьи паттерны активности значительно различались у разных видов, что объясняет специфические черты органов у соответствующих видов (например, особые паттерны экспрессии генов, контролирующих развитие мозга у человека).
- Важную роль РНК-генов в контроле развития органов у млекопитающих.
Эволюционный паттерн
Исследователи обнаружили закономерность в последовательности генетических программ:
- В ранней, пренатальной фазе развития органы у всех изученных млекопитающих были очень похожи.
- По мере развития программы расходились всё сильнее.
- Черты органов, характеризующие вид, формируются позже в процессе развития.
Это молекулярно подтверждает гипотезу естествоиспытателя Карла Эрнста фон Бэра (XIX век) о том, что эмбрионы различных видов млекопитающих тем сложнее отличить, чем они моложе.
Данные исследования доступны в публичной базе данных. Результаты опубликованы в журнале Nature.