Крошечные новые гены, появившиеся в ДНК человека, показывают, как мы все еще развиваемся

 

Мы прошли долгий путь с тех пор, как у нас был общий предок с мартышками. (Фото: sciencealert.com)

Возможно, миллионы лет назад мы расстались с нашими двоюродными братьями-приматами, но новое исследование показывает, как люди продолжают развиваться так, как мы и представить себе не могли.

Исследователи из Исследовательского центра биомедицинских наук «Александр Флеминг» (BSRC Flemming) в Греции и Тринити-колледжа в Дублине, Ирландия, идентифицировали 155 генов в нашем геноме, которые возникли из небольших некодирующих участков ДНК. Многие из них, по-видимому, играют решающую роль в нашей биологии, показывая, как совершенно новые гены могут быстро эволюционировать, чтобы стать необходимыми.

Новые гены обычно возникают благодаря хорошо известным механизмам, таким как события дупликации, когда наш генетический механизм случайно создает копии ранее существовавших генов, которые со временем могут выполнять новые функции.

Но 155 микрогенов, обнаруженных в этом исследовании, похоже, появились на пустом месте, в участках ДНК, которые ранее не содержали инструкций, которые наши тела используют для построения молекул.

Поскольку белки, которые, как считается, кодируют эти новые гены, будут невероятно крошечными, эти последовательности ДНК трудно найти и трудно изучить, и поэтому их часто упускают из виду в исследованиях.

«Этот проект начался еще в 2017 году, потому что меня интересовала эволюция новых генов и выяснение того, как эти гены возникают», — говорит генетик-эволюционист Николаос Вакирлис из BSRC Flemming в Греции.

«Это было заморожено на несколько лет, пока не было опубликовано другое исследование, в котором были очень интересные данные, что позволило нам начать эту работу».

В другом исследовании, опубликованном в 2020 году группой исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, был каталогизирован набор микропротеинов, которые производятся некодирующими областями, когда-то описанными как «мусорная ДНК».

Команда, стоящая за этим новым исследованием, впоследствии создала генетическое дерево предков, чтобы сравнить эти крошечные последовательности, обнаруженные в наших геномах, с таковыми в 99 других видах позвоночных, отслеживая эволюцию генов с течением времени.

Некоторые из новых «микрогенов», идентифицированных в этом новом исследовании, можно проследить вплоть до самых ранних дней млекопитающих, в то время как другие являются более поздними дополнениями. Исследователи обнаружили, что два гена, идентифицированные в ходе исследования, появились после расщепления человека и шимпанзе.

«Мы стремились идентифицировать и изучить случаи в человеческой линии малых белков, которые развились из ранее некодирующих последовательностей и приобрели функцию либо сразу, либо вскоре после этого», — пишет команда в своей опубликованной статье.

«Это вдвойне важно: для нашего понимания интригующего и до сих пор в значительной степени загадочного явления рождения генов de novo, а также для нашей оценки полного функционального потенциала человеческого генома».

Уже известно, что микропротеины выполняют широкий спектр функций: от помощи в регулировании экспрессии других генов до объединения сил с более крупными белками, включая наши клеточные мембраны. Однако в то время как одни микропротеины выполняют жизненно важные биологические задачи, другие просто бесполезны.

«Когда вы начинаете вникать в эти небольшие размеры ДНК, они действительно находятся на грани того, что можно интерпретировать из последовательности генома, и они находятся в той зоне, где трудно понять, имеет ли она биологический смысл», — объясняет Тринити-колледж. Дублинский генетик Аойф МакЛисахт.

Один ген, играющий роль в построении ткани нашего сердца, появился, когда общий предок человека и шимпанзе отделился от предка гориллы. Если этот микроген действительно появился в последние несколько миллионов лет, это поразительное свидетельство того, что эти эволюционирующие части нашей ДНК могут быстро стать необходимыми для организма.

Затем исследователи исследовали функции последовательностей, удаляя гены один за другим в выращенных в лаборатории клетках. В 44 клеточных культурах были обнаружены дефекты роста, подтверждающие, что эти отсутствующие участки ДНК играют решающую роль в поддержании нашего функционирования.

В других сравнительных анализах исследователи также выявили в трех новых генах известные варианты, связанные с заболеванием. Наличие этих случайных мутаций в одном положении основания в ДНК может указывать на некоторую связь с мышечной дистрофией, пигментным ретинитом и синдромом Алазами, но для выяснения этих отношений потребуются дальнейшие исследования.

В свете современных технологий и медицины оценка масштабов биологических изменений, которые люди как вид испытали в результате естественного отбора, может быть сложной задачей. Но наша физическая форма в значительной степени формировалась под давлением диеты и болезней на протяжении тысячелетий и, несомненно, будет продолжать адаптироваться даже в технологически продвинутом мире.

Как именно происходит спонтанное создание новых генов в некодирующей области, пока неясно, но с нашей вновь обретенной способностью отслеживать эти гены мы можем быть ближе к разгадке.

«Если мы правы в том, что, по нашему мнению, имеем, в геноме человека скрыто гораздо больше функционально важных вещей», — говорит МакЛисахт.

Источник