Учёные обнаружили скрытый код в ДНК человека: древние вирусы управляют генами

Новое исследование показывает, что древняя вирусная ДНК в нашем геноме — вовсе не «мусор», а важный регулятор работы генов, особенно на ранних стадиях жизни. Фото: Shutterstock

Международное исследование показало, что древние вирусные последовательности в нашем геноме, которые долгое время считались «генетическим мусором», на самом деле играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов. Учёные из Японии, Китая, Канады и США сосредоточились на семействе последовательностей MER11 и обнаружили, что эти элементы эволюционировали, чтобы влиять на включение и выключение генов, особенно в процессе раннего развития человека.

Транспозонные элементы (TE) — это повторяющиеся последовательности ДНК, доставшиеся нам от древних вирусов. За миллионы лет они распространились по геному с помощью механизмов «копирования-вставки». Сегодня TE составляют почти половину человеческого генома. Раньше их считали бесполезными, но теперь выяснилось, что некоторые из них работают как «генетические переключатели», контролируя активность соседних генов в определённых типах клеток.

Однако из-за высокой повторяемости и почти идентичной структуры TE сложно изучать. Особенно плохо изучены более молодые семейства, такие как MER11, которые слабо представлены в геномных базах данных.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новый метод классификации TE. Вместо стандартных инструментов аннотации они группировали последовательности MER11 на основе их эволюционных связей и степени сохранности в геномах приматов. Этот подход позволил разделить MER11A/B/C на четыре подсемейства: от самых древних (MER11_G1) до самых молодых (MER11_G4).

«Наш геном был секвенирован давно, но функции многих его частей остаются неизвестными», — отмечает соавтор исследования доктор Иноуэ.

Новая классификация выявила ранее скрытые паттерны регуляторного потенциала. Учёные сравнили подсемейства MER11 с эпигенетическими маркерами и обнаружили, что их метод точнее отражает реальную регуляторную функцию.

Для проверки влияния MER11 на экспрессию генов команда использовала метод lentiMPRA, позволяющий тестировать тысячи последовательностей одновременно. В результате выяснилось, что подсемейство MER11_G4 (самое молодое) обладает высокой способностью активировать гены и содержит уникальные регуляторные «мотивы» — участки ДНК, связывающиеся с транскрипционными факторами.

Дальнейший анализ показал, что последовательности MER11_G4 у людей, шимпанзе и макак со временем накопили разные мутации. У людей и шимпанзе некоторые из них усилили регуляторный потенциал в стволовых клетках.

Исследование демонстрирует, как «мусорная» ДНК может превращаться в важные регуляторные элементы, влияя на эволюцию приматов.

Источники: sciencedaily.com, материалы Института перспективных исследований человеческой биологии (ASHBi) Университета Киото.