Эволюцию генома человека определила внутренняя «гонка вооружений»


Эволюцию генома человека определила внутренняя «гонка вооружений»

Новое исследование геномов приматов показало, что сложность генетики человека возникла благодаря эволюционной «гонке вооружений» между ретротранспозонами, прыгающими по геному, и генами, которые пытаются их контролировать и подавлять. Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Круз впервые выявили у человека быстро эволюционирующие гены, кодирующие репрессорные белки, которые отключают те или иные ретротранспозоны. Об этом рассказывает журнал Nature.

q5588

«Кодирующих белки генов у людей примерно столько же, сколько у лягушек — двадцать тысяч, однако наш геном устроен гораздо сложнее, в нём больше уровней регулирования. Наше исследование объясняет, как возникли эти структуры»

— отмечает руководитель научного коллектива Софи Салама (Sofie Salama).

Ретротранспозоны считаются останками древних вирусов, которые заражали первых животных Земли и в итоге включили свои гены в их геномы — теперь только там они способны размножаться, прыгая от одного участка к другому. Обычно этот процесс не имеет пагубных последствий для организма и приводит лишь к росту объёма генома (до 50 процентов его составляют мобильные генетические элементы). Однако иногда он мешает работе нормальных генов, что вызывает заболевания. Из-за высокой вероятности таких опасных событий естественный отбор благоприятствует эволюции механизмов, предотвращающих «прыжки» генов.

Выявленные репрессоры принадлежат к KRAB-белкам с «цинковыми пальцами» — крупнейшему в организме млекопитающих семейству ДНК-связывающих белков, подавляющих активность генов. В геноме человека эти белки кодируются, примерно, четырьмя сотнями генов, причём 170 из них возникли уже после того, как приматы выделились в отдельный отряд.

Учёные выяснили, что два белка в организме человека (ZNF91 и ZNF93) связывают и подавляют два крупных класса ретротранспозонов (SVA и L1PA), которые относительно недавно, по меркам генетики, активизировались у приматов. Реконструкция древних геномов этих животных показала, что 8—12 миллионов лет назад белок ZNF91 претерпел структурные изменения, благодаря которым он смог подавлять SVA.

Далее эксперименты с ZNF93 (антагонист L1PA) наглядно продемонстрировали, как развивается «гонка вооружений» между прыгающими генами и репрессорами. Один из недавно возникших типов L1PA утратил фрагмент ДНК, содержащий участок связывания с ZNF93 — и так стал неуязвимым для репрессора. В ответ на это следует ожидать новой модификации последних.

«KRAB-белки с «цинковыми пальцами» — это редкий класс белков, продолжающий бурно развиваться и эволюционировать в геномах млекопитающих. Это вполне оправданно: ведь мобильные генетические элементы сами постоянно меняются, чтобы уйти от репрессоров», — заявила Салама.

Примечание:

Zinc finger proteins, белки с «цинковыми пальцами» — одна из основных групп ДНК-связывающих белков: являются регуляторами транскрипции, содержат характерный домен, который включает два цистеиновых и один гистидиновый остаток: эти аминокислоты взаимодействуют с ионом цинка, а расположенная между ними полипептидная цепочка выпетливается в виде «пальца». KRAB-белки с «цинковыми пальцами» называются так (Krüppel associated), т.к. кодируются геном Krüppel и Krüppel-подобными факторами (генами).

Категории: Наука, Новости
Теги: , , , ,