Исследование функции «мусорной ДНК» в генах человека
Повторяющиеся участки генома, ранее считавшиеся «мусором», могут частично объяснять, как и почему приматы отличаются от других млекопитающих, а люди — от других приматов.
Новое исследование Университета Айовы показывает, что вставка особого типа повторяющейся ДНК, известной как Alu-элемент, в существующие гены может изменять скорость производства белков. Этот механизм мог способствовать эволюции различных биологических признаков у разных видов. Исследование опубликовано в PNAS.
«Повторяющиеся элементы генома могут служить площадкой для создания новых эволюционных признаков», — говорит руководитель исследования И Син. «Понимая, как функционируют эти элементы, мы можем больше узнать о генетических механизмах, способствующих формированию уникальных человеческих черт».
Alu-элементы — это класс повторяющейся ДНК, появившийся 60–70 млн лет назад в ходе эволюции приматов. Они отсутствуют в геномах других млекопитающих. Это наиболее распространенная форма мобильной ДНК в геноме человека, способная перемещаться и встраиваться в новые позиции. При встраивании в области существующих генов они могут становиться новыми экзонами — частями матричной РНК (mRNA), несущими генетическую информацию.
Хотя известно, что Alu-элементы — важный источник новых экзонов, было сложно определить их биологическую значимость.
«Наше исследование показывает, что они действительно функционируют — влияют на производство белка, изменяя эффективность трансляции mRNA в белок», — поясняет И Син.
Изменение скорости производства белка может вызывать болезни, поэтому такой механизм способен реально влиять на характеристики организма.
«Создание новых экзонов из Alu-элементов — важный процесс, который вносит вклад в различия между людьми и другими приматами», — отмечает Син.
Используя данные высокопроизводительного секвенирования РНК (более 120 млн последовательностей из мозжечка человека), команда обнаружила, что Alu-экзоны чаще встраиваются не в кодирующие белок области генов, а в 5' нетранслируемую область (5' UTR), которая регулирует стабильность mRNA и эффективность трансляции.
Эксперименты подтвердили, что Alu-экзоны в этой области действительно изменяют эффективность трансляции mRNA, то есть влияют на скорость производства белка из измененных генов.
Эффект новых экзонов может усиливаться из-за того, в какие гены они встраиваются. Alu-экзоны обогащены в генах, кодирующих цинк-пальцевые транскрипционные факторы — белки-регуляторы экспрессии генов, ранее связанные с эволюцией человека и приматов. Поскольку эти факторы контролируют тысячи других генов, любые изменения в их количестве могут иметь каскадный эффект на нижележащие гены.