Повторы некодирующей ДНК могли повлиять на эволюцию человеческих черт

Повторы крупных сегментов некодирующей ДНК в геноме человека могли способствовать появлению различий между людьми и другими приматами. Идентификация этих повторов, включающих регуляторные последовательности, и их влияния на черты и поведение может помочь объяснить генетический вклад в болезни человека.

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе изучают историю человеко-специфичных дупликаций (HSDs) — сегментов ДНК длиннее 1000 пар оснований, которые повторяются у людей, но не у приматов или других животных. В этом исследовании они сосредоточились на HSD-регионах, которые не кодируют гены, а регулируют экспрессию других генов.

«Особенность этих регуляторных элементов в том, что они могут влиять на экспрессию генов поблизости на той же хромосоме, а также в других частях генома. Это означает, что одна дупликация может воздействовать на многие гены, усиливая свой эффект», — пояснила доктор Меган Деннис.

Поскольку дублированные сегменты более чем на 98% идентичны, их трудно различить, и ранее они часто исключались из геномных анализов. Исследователи создали новую референсную последовательность генома человека, включающую эти повторы. Это позволило им выявить области, вероятно содержащие энхансеры (регуляторные элементы, усиливающие экспрессию генов), и оценить их влияние на экспрессию генов в различных органах и типах тканей.

Например, дупликация сегмента SRGAP2, произошедшая около трех миллионов лет назад, может быть связана с несколькими неврологическими чертами, специфичными для человека, такими как более крупная префронтальная кора головного мозга и более эффективные синапсы (связи между нейронами). Примечательно, что когда человеко-специфичный SRGAP2C экспрессировался у эмбрионов лабораторных мышей, у них наблюдались сходные изменения. Многие гены в изученных HSDs были связаны с неврологическим развитием, а некоторые также могут иметь значение для иммунного ответа.

«Наши результаты указывают на различия между людьми и приматами и намекают на то, что делает нас уникальными», — сказала доктор Деннис. Поскольку многие геномные регионы, склонные к дупликации, связаны с неврологическими признаками, эта работа может предложить новые направления для изучения генетических механизмов неврологических заболеваний, таких как аутизм, эпилепсия и шизофрения.

В настоящее время исследователи проверяют найденные кандидатные энхансерные регионы, сравнивая уровни экспрессии генов в разных типах тканей. Они также оценивают влияние появления дупликации на структуру и функцию соседних сегментов и измеряют различия между исходными (предковыми) сегментами и их дублированными версиями.

«Мы склонны думать о ДНК как о линейной последовательности, но эти результаты напоминают нам, насколько она динамична. Захватывающе видеть, что роль в эволюции человека играет не только дупликация генов, но, возможно, и дупликация регуляторных элементов — даже тех, что находятся вне ожидаемых регионов», — отметила доктор Паулина Кармона-Мора.