«До сих пор исследователи могли отслеживать эволюцию интронов только с помощью филогенетического анализа, который изучает эволюционные отношения между наборами родственных организмов», — говорит Скотт Стивенс, доцент кафедры молекулярной биологии. «Наша работа — первая экспериментальная проверка, показывающая, как интроны могут быть перенесены в организм».В течение долгого времени ученые знали, что большая часть ДНК в геноме любого данного организма не кодирует функциональные молекулы или белок. Однако недавние исследования показали, что эти генетические последовательности, ошибочно называемые в прошлом «мусорной» ДНК, часто действительно имеют функциональное значение.
Эти интроны не исключение. Сейчас известно, что интроны играют роль, в которой экспрессируются гены, — это часть последовательностей генов, которые удаляются или сплайсируются из РНК до того, как гены транслируются в белок.
Когда эукариоты впервые отделились от бактерий, произошло массовое вторжение интронов в геном. Все живые эукариоты — от дрожжей до млекопитающих — имеют общего предка, и хотя более простые организмы, такие как дрожжи, устранили большую часть своих интронов, такие организмы, как млекопитающие, значительно расширили свой инвентарь интронов. У человека более 200 000 интронов, которые занимают около 40 процентов генома.В данной статье Стивенс и его соавтор Суджин Ли, бывший аспирант в области клеточной и молекулярной биологии в UT Austin, использовали новый репортерный анализ, чтобы напрямую обнаружить потерю и увеличение интронов у зарождающихся дрожжей (Saccharomyces cerevisiae).
Команда протестировала почти полтриллиона дрожжей и обнаружила только два случая, когда интрон был добавлен к новому гену. Предлагаемый механизм этого добавления представляет собой обращение реакции сплайсинга.
Обычно для создания белков РНК считывает инструкции из ДНК, пропуская код, содержащийся в интронах. Но в этих двух случаях клетка считала ДНК в обратном порядке и позволила интронам проникнуть в РНК, создав таким образом постоянное генетическое изменение.
Это называется усилением интронов, и если они накапливаются с течением времени, они могут способствовать развитию новых видов, а также болезням человека.«В этом проекте мы показали, что интроны продолжают накапливаться, хотя и нечасто в любой момент времени», — говорит Стивенс. «Но могут ли интроны управлять эволюцией? Если эти последовательности дают организмам избирательное преимущество и закрепляются в популяции, другие показали, что это может быть основным фактором в создании новых видов».
Однако за эти эволюционные достижения приходится платить, потому что такие болезни, как рак, коррелируют с неправильным удалением интронов из РНК. Стивенс добавляет: «Мы продолжаем эту работу, чтобы лучше понять, как этот процесс влияет на нашу генетическую историю, наше будущее и перспективы лечения болезней».