Учёные раскрыли механизм «зайцев» в ДНК, предотвращающий вымирание видов

РНК теломеразы terc-1 (красный) производится в зародышевых ядрах (синий) C. elegans, «путешествуя зайцем» на гене, активном в половых клетках. Автор: RIKEN

Международная команда исследователей под руководством Хироки Шибуя из японского Центра динамических исследований биосистем RIKEN раскрыла генетическую загадку, существовавшую более 20 лет, и обнаружила ранее неизвестный способ контроля ДНК над клетками.

Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что у круглого червя C. elegans жизненно важная РНК, необходимая для сохранения целостности концов хромосом, не имеет собственного гена. Вместо этого она «путешествует зайцем» внутри другого гена. Этот механизм может быть распространён в животном мире и имеет значение для разработки антивозрастной терапии и регенеративной медицины у людей.

Теломеры — это защитные колпачки на концах хромосом, похожие на пластиковые наконечники шнурков. При делении клеток нашего тела теломеры укорачиваются. Некоторые признаки старения связаны с этим процессом. Когда теломеры становятся слишком короткими, клетки самоуничтожаются.

Клетки-предшественники спермы и яйцеклеток являются исключением из этого правила. При их делении фермент теломераза добавляет заменяющую ДНК к укороченным теломерам. Благодаря этому длина теломер не уменьшается с каждым поколением, и виды не вымирают.

Теломераза содержит РНК-шаблон, который используется для создания заменяющей ДНК. У людей и других млекопитающих эта РНК производится геном TERC. C. elegans имеет работающую теломеразу, но, казалось, у него нет гена TERC.

Чтобы решить эту загадку, исследователи генетически модифицировали C. elegans для сверхпродукции белка теломеразы. Это позволило собрать большое количество всего комплекса теломеразы, включая РНК-шаблон.

Затем они использовали собранную РНК-шаблон для поиска совпадающей ДНК в геноме. В отличие от млекопитающих, они обнаружили её не в собственном гене, а внутри интрона другого гена. Интроны — это части генов, которые обычно не используются для построения белков и удаляются после создания белка.

«Было удивительно обнаружить, что ключевая РНК — которую мы назвали terc-1 — была скрыта внутри интрона гена nmy-2, который экспрессируется только в половых клетках», — говорит Шибуя. — «Действительно, открытие того, что существенная РНК теломеразы была скрыта внутри интрона, было совершенно неожиданным».

Эксперименты показали, что у C. elegans, лишённых terc-1, теломеры укорачивались с каждым поколением, и в течение 15 поколений животные вымирали. Вставка terc-1 в интроны других генов, экспрессирующихся в половых клетках, создавала круглых червей с нормальными теломерами, которые не вымирали.

Таким образом, «путешествуя зайцем» внутри генов, активирующихся в половых клетках, terc-1 производится именно там, где это необходимо. Это помогает гарантировать, что будущие поколения не получат укороченные теломеры, поддерживая выживание вида.

«Хотя мы обнаружили эту стратегию «зайцев» в интронах у C. elegans, похожие механизмы, вероятно, используются другими некодирующими РНК или существуют у разных видов», — говорит Шибуя.

Исследователи считают, что этот метод встраивания РНК, при котором время и место их экспрессии автоматически контролируются геном-хозяином, указывает на более широкий биологический принцип.