Конвергентная эволюция регуляции генов у людей и мышей

Новое исследование, опубликованное 15 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, было проведено исследователями из Калифорнийского университета в Санта-Крус и Медицинского центра Университета Рочестера. Они описали сложную систему, которая регулирует одни и те же гены одинаковым образом у обоих видов, но развивалась независимо в двух линиях.

В обоих случаях регуляторная система включает некодирующую РНК (последовательности, не транслируемые в белковые молекулы) с началом в сегментах ДНК, случайно вставленных в геном «прыгающими генами» (ретротранспозонами).«Это исследование подчеркивает важность некодирующих РНК и мобильных элементов в регуляции экспрессии генов и в эволюции сетей экспрессии генов в геномах млекопитающих», — сказал соавтор Мануэль Арес, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития Калифорнийского университета в Санта-Крус.

Только около 2 процентов генома человека копируется в молекулы информационной РНК для кодирования белков, которые запускают основные процессы во всех клетках. Большая часть остальной части генома транскрибируется в некодирующую РНК, функция которой в значительной степени неизвестна, но предполагается, что она играет различные роли в регуляции и эволюции генов.

Многие из этих некодирующих РНК скопированы с повторяющихся последовательностей ДНК, называемых короткими вкраплениями ядерных элементов (SINE). После транскрибирования в РНК они могут быть скопированы обратно в ДНК и «вставлены» в геном в новых местах в процессе, называемом ретротранспозицией. Иногда эти новые копии попадают в гены или рядом с ними и могут повредить их. В других случаях они могут добавить к гену новые свойства.

В геноме человека основное семейство SINE состоит из так называемых «элементов Alu». По всему геному разбросано более 1 миллиона копий Alu, составляющих более 10 процентов ДНК человека, и некоторые из них, вероятно, все еще могут перемещаться в новые места.Однако в геноме мыши нет Alus; вместо этого он имеет отдельный набор SINE, называемых элементами B / ID. Разные геномы млекопитающих имеют разные SINE, потому что периодические всплески ретротранспозиции с помощью разных SINE продолжали происходить после отделения разных видов от их последних общих предков.

В случае человека и мыши их родословная разошлась около 90 миллионов лет назад.«Удивительно, но когда сравнивали геномы мыши и человека, местоположения SINE были очень похожи, хотя сами SINE и события, которые поместили их в эти местоположения, были очень разными», — сказал Арес. «Мы задавались вопросом, чем можно объяснить эту очевидную конвергенцию вставки SINE в два независимо развивающихся генома».

Лаборатория Линн Макват в Университете Рочестера обнаружила, что SINE, которые попадают в часть гена, кодирующую хвосты информационной РНК (называемой 3-первичной нетранслируемой областью или 3′-UTR), передают мРНК под контроль белка, называемого Штауфен, который подавляет экспрессию гена с помощью процесса, называемого «распад, опосредованный Штауфеном» или SMD. Отдельные примеры SINE-опосредованного SMD были ранее зарегистрированы как в человеческих, так и в мышиных клетках, в каждом случае с разными SINE.Поскольку современные SINE в геномах человека и мыши не принадлежали к общему предку, все изменения в экспрессии генов, которые зависят от SINE, должны были произойти после разделения людей и мышей, а не у их общего предка.

«Обычно мы думаем, что важные системы контроля экспрессии генов возникли давно, но для регуляции с помощью SINE-опосредованного SMD этого не может быть», — объяснил Арес. «Мы задали вопрос: есть ли случаи, когда один и тот же ген у мыши и человека попадает в SINE-опосредованный SMD, хотя и с использованием разных SINE в какой-то момент в разных эволюционных историях мышей и людей? Если да, то сколько «И насколько распространена конвергентная эволюция сетей регуляции генов? Как часто SINE играют роль в критическом изменении контроля экспрессии генов?»

Эти вопросы были исследованы в сотрудничестве между лабораториями Рочестера и UCSC, в ходе которых клетки-предшественники мышц (миобласты) от обоих организмов были проанализированы для выявления пар генов (мышиный и человеческий ген, кодирующие один и тот же белок), в которые был вставлен SINE. хвоста мРНК и находились под контролем Штауфена. Примеры таких пар генов в количестве, превышающем случайно ожидаемое, могут сигнализировать о возможности конвергентной эволюции регуляторной сети Штауфена в миобластах, где SMD, как известно, важен для контроля генов.В миобластах исследователи смогли обнаружить 24 гена, которые регулируются Штауфеном и имеют видоспецифические SINE. Это минимальное количество потенциально конвергентных пар, потому что не все гены экспрессируются в миобластах, отметил Арес.

Дополнительные эксперименты в статье подтверждают роль SINE (удаляя его и показывая, что мРНК становится стабильной и нечувствительной к присутствию Штауфена) для двух пар генов.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *