© Иван Юдин/ТАСС
ТАСС, 30 июня. Российские молекулярные биологи и математики обнаружили, что в некоторых генах, которые связаны с развитием и работой мозга человека и других млекопитающих, содержится много необычно длинных интронов – вставок внутри генов. Это ускоряет их эволюцию, пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале PLOS ONE.
На эту темуГенетический мусор спас дрожжи от голодной смерти. Некодирующие участки ДНК заблокировали обмен веществ голодающих дрожжей и помогли сэкономить организмам силы для выживания
"Этот механизм обеспечивает ускоренную эволюцию межклеточных и мембранных белков у животных. Это в особенности касается наиболее "молодых" из них – белковых молекул, обеспечивающих передачу нервных импульсов в клетках мозга", – рассказал один из авторов работы, сотрудник Института математических проблем биологии РАН и МФТИ Евгений Баулин.
Геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%. Однако наши нервные системы развиваются совершенно по-разному и в старости страдают от разных проблем. Это мешает использовать человекообразных приматов для того, чтобы изучать на них болезни и выяснять историю того, как человек научился членораздельно говорить и мыслить.
За последние годы биологи нашли множество отвечающих за развитие мозга генов, структура которых у человека и шимпанзе отличается друг от друга. Однако те участки ДНК, которые отвечают за необычайно крупные по сравнению с остальным телом размеры нашего мозга, ученые так и не нашли.
Сейчас ученые предполагают, что причина отличия двух видов кроется не столько в структуре генов, сколько в том, насколько различается активность этих генов во время формирования зародыша и роста ребенка.
Баулин и его коллеги выяснили, по какому механизму могут появляться подобные различия. Для этого они проанализировали, как были устроены различные гены, связанные с работой и формированием мозга в геноме человека и мышей.
Генетические "дирижеры" эволюции
В частности, ученых интересовало то, как много в подобных сегментах ДНК может быть различных типов интронов – вставок между значащими частями гена. Когда клетка считывает генетическую информацию, интроны не считываются и, таким образом, не влияют на структуру белка. При этом они влияют на так называемый альтернативный сплайсинг.
Так ученые называют процесс избирательного чтения одного и того же гена, благодаря которому один участок ДНК может хранить в себе инструкции по сборке разных типов похожих, но при этом разных белковых молекул. Интроны очень изменчивы, поэтому ученые задумались о том, какую роль разные типы подобных вставок могут играть в эволюции мозга.
Анализируя их структуру, математики и биологи обнаружили необычную закономерность. В определенной категории генов они нашли необычно длинные интроны, в которых было несколько десятков тысяч "букв"-нуклеотидов. Они были вставлены после первого нуклеотида в блоке, который управляет производством произвольной аминокислоты в начальной части гена.
Проанализировав структуру и функции этих участков ДНК, ученые выяснили, что большинство из них было связано с конкретным аспектом работы мозга. Гены с подобными длинными вставками внутри кодирующих участков чаще всего были задействованы в работе нервных окончаний и передаче сигналов между нервными клетками.
В общей сложности Баулин и его коллеги нашли 153 участков ДНК подобного рода. Часть из них была связана с развитием шизофрении и других расстройств психики.
Подобное положение интронов, как считают ученые, не было случайным, так как они располагались рядом с ключевой частью этих белковых молекул, так называемым сигнальным пептидом. Он играет роль "маршрутной карты" для клетки и заставляет ее транспортировать это вещество в другой ее регион или выделить белок в окружающую среду, где его считает другой нейрон.
Сам интрон, в свою очередь, регулирует активность того гена, в котором он находится, влияя на то, насколько активно нервная клетка будет считывать этот участок генома. В прошлом это вкупе с его высокой изменчивостью могло помогать ускоренной эволюции генов, которые связаны с работой и ростом мозга животных и предков человека, заключают ученые.
