Мусорная ДНК влияет на развитие скелета

Мусорная ДНК влияет на развитие скелета

Число рёбер при формировании скелета зависит от «бессмысленных» участков генома.

Когда биологи только начинали расшифровывать последовательность ДНК, им то и дело попадались фрагменты, в которых не было записано никакой информации.

Как мы знаем, в ДНК с помощью генетического кода зашифрованы все белки, составляющие живой организм; и ещё в геноме есть специальные участки, которые сами ничего не кодируют, но влияют на активность кодирующих последовательностей – грубо говоря, от таких регуляторов зависит, много ли молекул того или иного белка появится в клетке. Но есть, как мы сказали, фрагменты генома, которые ничего не кодируют и ничего не регулируют – их назвали мусорной ДНК, которой оказалось больше, чем «осмысленной» ДНК (и не только у человека, но и многих других видов). И долгое время считалось, что это действительно мусор, накопленный за время эволюции: куски вирусных нуклеиновых кислот, которые вовремя удалось обезвредить, так что они навечно заснули в клеточных хромосомах, сильно мутировавшие гены, ставшие абсолютно бесполезными, и т. д.

Однако в последнее время стали появляться публикации, реабилитирующие мусорную ДНК. В прошлом году мы писали об экспериментах исследователей из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса, которые установили, что спящие в геноме вирусные последовательности помогают иммунным клеткам синтезировать антитела. В прошлом же году вышла работа сотрудников Каролинского университета, которые на страницах Nature Communications утверждали, что мусорная ДНК необходима для развития человеческого эмбриона. И вот очередное сообщение о функциональности геномного мусора появилось на днях в Developmental Cell.

Рита Айрес (Rita Aires) и её коллеги из Института Гульбенкяна изучали мышей с нестандартным развитием скелета. Обычно у этих грызунов формируется 13 пар рёбер, но некоторые мутанты получаются с 24 парами – рёбра у них тянутся вдоль хребта прямо до задних ног, и скелет такой мыши напоминает скелет змеи (правда, довольно короткой). Оказалось, что такой странной морфологией животные обязаны мутации, которая отключает ген GDF11.

В норме GDF11 подавляет работу другого гена – OCT4, – который поддерживает активность стволовых клеток и побуждает их превращаться в клетки других типов. То есть из-за GDF11-мутации OCT4 остаётся активен, из-за чего стволовые клетки формируют лишние рёбра. Можно было бы предположить, что у змей GDF11 тоже отключён, но нет – у них он в полном порядке. Само собой возникает предположение, что тут есть ещё какой-то молекулярный «игрок».

Таким «игроком», как читатели могли догадаться, оказалась мусорная ДНК. Ген OCT4, который стимулирует формирование лишних рёбер, почти не отличается у змей, мышей и людей, но в хромосоме он окружён некодирующими (мусорными) участками, которые, впрочем, не вполне мусорные – они тоже играют роль в торможении работы OCT4. У змей некодирующие последовательности, прилегающие к OCT4, не такие, как у других. Когда змеиную некодирующую ДНК пересаживали к мышам в ту же позицию – то есть рядом с OCT4 – то у мышиных эмбрионов появлялись лишние рёбра: ген работал «по-змеиному», а всё из-за так называемой мусорной ДНК, которая продлевала работу OCT4. Вероятно, ген GDF11, с который отключает OCT4, работает в связке с некодирующими фрагментами, и в случае змей эти самые некодирующие фрагменты приобрели такой вид, чтобы не мешать наращивать дополнительные рёбра.

Как видим, некоторые участки мусорной ДНК могут играть весьма важную роль, определяя анатомию и морфологию тела позвоночных. Правда, в данном случае хорошо было бы создать генетически модифицированных змей, у которых некодирующая ДНК была бы так отредактирована, чтобы змея вырастала более короткой. Возможно, такие эксперименты в будущем удастся сделать, но не слишком скоро – сейчас мы практически не умеем манипулировать с зародышами рептилий, которые часть стадий развития проходят, будучи ещё в организме матери, и в отложенном яйце можно найти змеёныша с 26 парами рёбер и уже сформировавшейся головой.

Но не исключено, что похожие опыты удастся сделать с другими животными, у которых есть удлинённые грудные клетки, хвосты или шеи – можно предположить, что некодирующая ДНК рядом с OCT4 способна влиять не только рёбра. Вероятно, чем больше мы будем узнавать о способах регуляции генетической активности, тем больше фрагментов мусорной ДНК будут переходить из раздела генетического мусора в раздел регуляторных последовательностей.

Метки записи:  , , ,

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>