Паулина Кармона-Мора, доктор философии, представившая работу; Меган Деннис, доктор философии; и их коллеги из Калифорнийского университета в Дэвисе изучают историю человеческих дупликаций (HSD), сегментов ДНК длиной более 1000 пар оснований, которые повторяются у людей, но не у приматов или других животных. В этом исследовании они сосредоточились на областях HSD, которые не кодируют гены, а вместо этого регулируют экспрессию других генов.
«Что особенного в этих регуляторных элементах, так это то, что они имеют склонность влиять на экспрессию генов поблизости на той же хромосоме, а также где-либо еще в геноме», — сказал доктор Деннис. «Это означает, что одна дупликация может повлиять на множество генов, усиливая свое влияние».Поскольку дублированные сегменты идентичны более чем на 98%, их трудно различить, объяснил доктор Деннис. В результате они были отброшены во многих прошлых геномных анализах.
По этой причине исследователи начали с создания нового эталонного генома человека, который включал дублированные сегменты. Это позволило им идентифицировать области, которые могут содержать энхансеры, которые являются регуляторными элементами, увеличивающими экспрессию других генов, и оценить их влияние на экспрессию генов в разных органах и типах тканей.Например, дупликация сегмента SRGAP2, произошедшая около трех миллионов лет назад, может быть связана с несколькими неврологическими особенностями, специфичными для людей, такими как более крупная префронтальная кора головного мозга и более эффективные синапсы или связи между клетками мозга.
Поразительно, что когда человеческий специфический SRGAP2C экспрессировался в эмбрионах лабораторных мышей, у мышей были аналогичные результаты. Помимо SRGAP2, многие из генов, содержащихся в изученных HSD, были связаны с неврологическим развитием, а некоторые также могут иметь значение для иммунного ответа.«Наши результаты указывают на различия между людьми и приматами и намекают на то, что делает нас уникальными как людей», — сказал доктор Деннис.
Кроме того, поскольку многие участки генома, склонные к дупликации, были связаны с неврологическими особенностями, эта работа может предложить будущие пути для ученых, стремящихся объяснить генетические механизмы, лежащие в основе неврологических заболеваний, таких как аутизм, эпилепсия и шизофрения.В настоящее время исследователи проверяют найденные ими кандидаты в энхансеры, сравнивая уровни экспрессии генов в разных типах тканей. Они также оценивают влияние введения дупликации на структуру и функцию соседних сегментов. Наконец, они измеряют различия между исходными (наследственными) сегментами и дублированными версиями, появляющимися в более поздних поколениях, например, изменения последовательностей после дублирования и потенциальные эффекты на функцию.
«Мы склонны думать о ДНК как о линейной последовательности, но эти результаты напоминают нам, насколько она динамична», — сказал доктор Кармона-Мора. «Приятно видеть, что не только дупликация генов играет роль в эволюции человека, но, возможно, дупликация регулирующих элементов тоже играет роль — даже тех, которые находятся за пределами ожидаемых регионов».