Отправляя форму, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности в части обработки предоставленных вами контактных данных и сведений о запросе, принимаете наши Условия использования и соглашаетесь, что мы можем связаться с вами по этому запросу.
Новости | Биологи Penn впервые раскрыли двустороннюю генетическую гонку вооружений между повторяющейся ДНК и связывающими белками
Новости | Биологи Пенсильванского университета впервые выявили двустороннюю генетическую гонку вооружений между повторяющейся ДНК и связывающими белками
В глубине генетического кода разворачивается в значительной степени незамеченный молекулярный конфликт. Команда Пенсильванского университета сообщила в журнале Current Biology о первых экспериментальных доказательствах того, что повторяющиеся геномные последовательности, называемые сателлитной ДНК, и связывающиеся с ними белки участвуют в продолжающейся двусторонней эволюционной гонке вооружений. Это открытие ставит под сомнение традиционные представления о так называемой мусорной ДНК и может помочь объяснить такие проблемы со здоровьем, как рак и бесплодие.
Исследование провела Миа Левин, доцент кафедры биологии Школы искусств и наук Пенсильванского университета; первым автором стала постдокторант Кара Брэнд.
Не мусорная ДНК, а возможный источник опасности?
Сателлитная ДНК не кодирует белки и долгое время считалась геномным шумом или эволюционным рудиментом. Левин отметила, что всё больше данных указывает на важную роль этих повторяющихся последовательностей в структуре хромосом, клеточном делении и других жизненно важных процессах. Нарушение регуляции может привести к серьёзным последствиям, включая геномную нестабильность, рак и нарушения репродуктивной функции.
«Обычно мы рассматриваем геном как согласованную систему, в которой каждая часть работает на поддержание жизни. Но некоторые элементы эгоистичны: они не сотрудничают и могут даже нарушить работу всей системы», — сказала Левин.
Эксперимент между видами выявил репродуктивный ущерб из-за несовместимости
Чтобы проверить, уравновешивают ли сателлитная ДНК и связывающие белки друг друга в ходе эволюции, команда изучила два близкородственных вида плодовых мушек: Drosophila melanogaster и Drosophila simulans. У первого вида имеется огромная сателлитная последовательность длиной 11 миллионов пар оснований, а у второго она полностью отсутствует.
С помощью CRISPR/Cas9 учёные перенесли ген белка MH (Maternal Haploid), связывающегося с сателлитной ДНК, из Drosophila simulans в Drosophila melanogaster. Модифицированные мушки по-прежнему могли производить некоторые эмбрионы, однако их яичники развивались плохо, яйценоскость резко снизилась, а фертильность значительно уменьшилась. При полном отсутствии гена MH мушки не могли размножаться, и эмбрионы погибали.
Важно, что после переноса гена в мутант Drosophila melanogaster, лишённый последовательности сателлитной ДНК, все неблагоприятные эффекты исчезли, а развитие яичников нормализовалось. Это показало, что ключевой проблемой была несовместимость MH с незнакомой сателлитной ДНК.
Выявлен молекулярный механизм: путь репарации ДНК нарушается по ошибке
Команда изучила Spartan — человеческий аналог белка MH. Spartan расщепляет белки, препятствующие упаковке ДНК, и MH выполняет сходную функцию. При несовместимости MH с сателлитной ДНК Drosophila melanogaster он мог по ошибке разрушать важный фермент репарации Topoisomerase II (Top2), вызывая повреждение ДНК и нарушение репродуктивной функции.
Генетическое усиление экспрессии Top2 восстановило фертильность, а снижение Top2 усугубило повреждение. Это подтвердило, что взаимодействие MH с сателлитной ДНК связано с путём репарации ДНК.
«Этот механизм репарации существует от дрожжей до человека и высококонсервативен в ходе эволюции. Однако его белки по-прежнему быстро эволюционируют, а значит, даже базовые молекулярные механизмы постоянно обновляются для сохранения основных функций», — сказала Брэнд.
Последствия выходят за пределы мира плодовых мушек: геном человека может сталкиваться с похожим внутренним конфликтом
«Эта эволюционная конкуренция, безусловно, характерна не только для плодовых мушек», — сказала Левин. «Похожая быстрая эволюция происходит у человека и приматов. Мы считаем, что эти генетические конфликты имеют огромное значение для здоровья человека».
Мутации Spartan связаны с раком, тогда как нарушение регуляции сателлитной ДНК может вызывать ошибки расхождения хромосом и эмбриональную анеуплоидию, приводящие к выкидышу и бесплодию. Левин отметила, что многие выкидыши остаются необъяснимыми, а сателлитная ДНК является малоизученным источником геномной нестабильности.
Далее команда изучит, участвуют ли в этом скрытом конфликте другие участки генома, и попытается воспроизвести сходные механизмы у млекопитающих.
Источник материала:
Собрано онлайн