batrachospermum (batrachospermum) wrote,
batrachospermum
batrachospermum

Category:

Длинные, некодирующие, биологов нервирующие

Не все гены работают по стандартной схеме «ДНК – РНК – белок». Некоторые из них никаких белков не кодируют, и дело ограничивается созданием на матрице ДНК цепочки длинной некодирующей РНК (long non-coding RNA, lncRNA – так их называют англоязычные ученые, а мы будем употреблять забавное сокращение «днкРНК»). У этих молекул нет задачи транслировать белок, их функция – регулировать транскрипцию, то есть образование РНК на ДНК в соответствии с первым шагом схемы.


Индийский аист-разиня в заповеднике Побитора близ Гувахати (Индия). Длинный, как длинная некодирующая РНК! Фото: Anupam Nath.

Одна такая днкРНК носит название Xist и важна для здоровья женщин. Во всех клетках женского организма она прикрепляется к одной из X-хромосом и выключает ее. В результате работает только одна половая хромосома, и количество производимых ей белков получается таким же, как у мужчин, у которых и так одна X-хромосома. Если Xist не справляется со своей задачей, женская клетка производит лишние белки, а это, как показывают исследования на мышах, может привести к раку.

Год назад американские ученые сообщили о том, что выявили более 58 тысяч различных днкРНК в человеческих клетках. Однако не у многих из них ясны функции, а некоторые специалисты и вовсе считают, что у большинства днкРНК нет никаких функций и они представляют собой результат случайных ошибок при чтении ДНК. Например, когда вместо гена считывается так называемая мусорная ДНК, продукт которой, как считается, бесполезен и должен быть клеткой утилизирован.


Самке хохлатого крохаля с модным причесоном не очень ясны функции длинных некодирующих РНК, как, впрочем, и многим ученым. Фото: Jeff Wendorff.

Одним из признаков того, что у гена есть важная функция, является его малая изменчивость на протяжении миллионов лет эволюции – вредные мутации такого гена попросту устраняются отбором. Ген гемоглобина, к примеру, почти одинаков у человека и шимпанзе, чьи дорожки разошлись 7 млн лет назад. Да и на гены рыбьих гемоглобинов он тоже очень похож – а это уже сотни миллионов лет раздельной эволюции.

Но схожие гены, кодирующие днкРНК, не так-то просто найти даже у близких видов. Причина может быть в том, что днкРНК эволюционируют отлично от белков. Белки – это сложно сложенные структуры, а днкРНК – длинные гибкие цепочки, которые для выполнения своих функций (если таковые есть) крепятся к ДНК в определенных местах несколькими крючочками. Генные мутации, влияющие на фрагменты днкРНК между этими крючочками, не сильно сказываются на функциональности молекулы. Поэтому в генах днкРНК за миллионы лет может накопиться куча мутаций, и проследить их родственные связи оказывается сложно. Но что если сосредоточить усилия на участках генов, кодирующих крючочки? Уж они-то должны быть достаточно консервативными, чтобы молекула днкРНК работала нормально у разных видов.


Дамские широкохвостые лори грумингуют друг друга клювами, похожими на крючочки, которыми днкРНК крепятся к ДНК. Фото: Darrin Zammit Lupi.

Проверить эту идею взялись биологи из США и Германии. Они решили проследить эволюционную историю хорошо изученного гена для днкРНК под названием roX, открытого у обыкновенной дрозофилы (Drosophila melanogaster) в 2008 году. Работа мушиной днкРНК roX напоминает человеческую Xist с точностью наоборот: она прикрепляется к единственной X-хромосоме самца, чтобы удвоить ее активность. Благодаря ей в клетках самцов производится столько же белков X-хромосомы, сколько и в клетках самок. Если roX не работает, самцы дрозофил погибают.

Ученые стали искать похожие гены у близкородственных видов дрозофил, ориентируясь на совпадения «крючочных» участков ДНК. И нашли гомологичные roX у 47 видов! Тот факт, что общий предок всех этих дрозофил жил 40 млн лет назад, говорит о впечатляющей стойкости генов roX, а значит, важности этой днкРНК для выживания. Также исследователи попробовали заменять ген roX у обыкновенной дрозофилы на гомологичные гены родственных мушек – и многие такие «пересадки» оказались успешными, самцы не погибали. Этот метод может помочь ученым определять, являются ли другие днкРНК бесполезным случайным продуктом или необходимыми для жизни молекулами.


Птенец сапсана-альбиноса вылупился из яйца, которое пытались незаконно вывезти за пределы Южной Америки с целью продажи, и с величайшим вниманием слушает наш рассказ о длинных некодирующих РНК. Фото: Chilean Agricultural and Livestock Service.

Еще одна днкРНК, изученная научной группой, – HOTAIR, встречающаяся у мышей и людей. Она играет важную роль в определении клеткой своего положения в теле, без нее мыши рождаются с дефектами в скелетах. По итогам работы гены HOTAIR были обнаружены еще у 43 видов позвоночных, от рыбок данио-рерио до крокодилов и броненосцев – 400 млн лет эволюции в общей сложности. Возможно, эта важнейшая днкРНК уже вашему водному предку указывала, где у него должна быть чешуя.

По материалам: The New York Times
Научная статья: Genes & Development (Quinn et al., 2016)
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments