Если "мусорная" ДНК полезна, почему она распределена так неравномерно?

Присутствие интронов в генах заставляет клетки обрабатывать молекулы "матричной РНК" перед синтезом белков — процесс затратный и часто подверженный ошибкам. Долгое время считалось, что это просто цена, которую организмы платят за гибкость в создании новых типов белков. Однако недавние исследования ясно показали, что сами интроны выполняют ряд важных функций. Поэтому внимание постепенно смещается к вопросу: почему у одних организмов так мало интронов, а у других так много?

Вероятно, новые интроны добавляются в ДНК, когда разрывы двуцепочечной ДНК — которые могут возникать по разным причинам — восстанавливаются не "правильно", а вновь созданные концы соединяются с другими фрагментами ДНК. Фарлоу и коллеги из Института популяционной генетики Венского университета ветеринарной медицины предположили, что интроны могут теряться по сходному механизму. Изучение участков ДНК, где у таких организмов, как черви и мухи, точно известна потеря интронов, подтверждает их идею.

Разрывы ДНК могут быть обработаны одним из двух путей: правильное восстановление (относительно медленным процессом, известным как "гомологичная рекомбинация") или быстрое и подверженное ошибкам соединение негомологичных концов. Эти два пути по сути разделены и могут конкурировать друг с другом за доступ к разрывам ДНК. Учёные предполагают, что видоспецифичные различия в относительной активности этих двух путей могут лежать в основе наблюдаемого разнообразия в количестве интронов.

Эта теория представляет собой фундаментальное изменение в том, как мы думаем об эволюции ДНК. В ходе эволюции периоды крупномасштабной потери интронов чередовались с периодами их приобретения, что интерпретировалось как результат изменения давления отбора. Однако было обнаружено, что скорости приобретения и потери интронов у отдельных видов на протяжении эволюции изменялись параллельно, что согласуется с идеей Фарлоу о взаимосвязи этих процессов. Новая теория предлагает альтернативную интерпретацию: изменения в активности "гомологичного" и "негомологичного" путей восстановления разрывов ДНК могут приводить к тому, что интроны теряются быстрее, чем приобретаются, или наоборот.

Эта идея согласуется с текущими знаниями о количестве интронов, которое варьируется от нескольких штук у некоторых простых эукариот до более 180 000 в геноме человека. Как говорит Фарлоу: "Связывание приобретения и потери интронов с восстановлением разрывов ДНК даёт чёткое объяснение тому, как количество интронов может меняться со временем. Эта теория может объяснить огромное разнообразие в количестве интронов между разными видами".