17 марта 2011 в 09:00,

«Мусорная» ДНК или сложная история с хорошим концом

Чем мы, люди, отличаемся от других видов? Для генетика поиск ответа на этот вопрос прост: надо взять и сравнить последовательность ДНК человека, а также его близких и дальних родственников: приматов, мышей и даже кур.

Подобные работы проводились и давали удивительные результаты: геномы человека и шимпанзе расходятся всего на 4%, причем большая часть этой разницы получается за счет вставок, переносов и удалений разных кусочков ДНК. Эти перестановки могут «помогать» эволюционному процессу. Например, иногда в результате удвоений значимых участков ДНК получаются новые гены с новыми биологическими функциями. А что такое «значимые участки ДНК»?

По разным данным, только около 2% ДНК кодируют последовательность аминокислот в белке. Это значит, что если в таких ДНК произойдут какие-то даже самые минимальные изменения, белок не соберется, или соберется неправильно — и не будет работать. Большинство наследственных человеческих болезней возникают именно по такому принципу — например, при болезни «стеклянного человека» из-за мутации неправильно синтезируется коллаген, что приводит к множеству тяжелых симптомов.

Уже сейчас понятно, что мы — не то чтобы эволюционный шедевр, просто мы отличаемся.

Другой — «эволюционно счастливый» — случай: белок может собраться как-нибудь принципиально по-новому, что может обеспечить приобретение новой функции, и, вероятно, потерю старой. Скорее всего, так произошло с геном FOXP2 около 200 тысяч лет назад, когда изменения двух аминокислот у наших предков позволили им говорить. Хотя пока что известно только то, что мутации в этом гене ведут к расстройству речи, и видимо этот признак все-таки многофакторный: то есть контролируется многими генами, а не только FOXP2.

Кроме этой, кодирующей, ДНК, есть еще и некодирующая, которую долгие годы называли junk DNA — «мусорной». Однако сейчас уже понятно, что ДНК не обязательно считываться до белка, чтобы быть функциональной. Например, «промежуточный этап» — РНК — может сама по себе контролировать работу генов и даже считывание других белков. Эта «мусорная» ДНК на самом деле ведет себя как серый кардинал, контролируя окружающие гены, подставляясь под удары вирусов и мутаций и защищая концы хромосом. Более того, некодирующая ДНК часто похожа у многих видов, даже самых эволюционно далеких.

Делеция рядом с геном андрогенового рецептора связана с потерей сенсорных волосков на теле и шипиков на пенисе.

Ученые из Стэнфорда во главе с Дэвидом Кингсли решили узнать, какие из таких высококонсервативных участков есть у всех — кроме человека. Они искали ответ на извечный вопрос — где те генетические различия, которые так сильно отличают нас от всех других видов, и вообще — есть ли они, или нам просто повезло?

Вибриссы или просто усы — осязательные механочувствительные длинные жесткие волосы многих млекопитающих, выступающие над поверхностью шерстного покрова.

Выяснилось, что есть больше 500 кусочков ДНК, которые были идентичны у всех изучаемых видов и отсутствовали у человека. Забавно, но все участки, кроме одного, принадлежали к некодирующей ДНК. Что же это значило? Многие из этих участков находились рядом с генами, чьи белки были связаны с балансом стероидных гормонов и функциями нервной системы. Профессор Кингсли с коллегами изучили два из них. Один удаленный у людей кусочек ДНК находился рядом с геном GADD45G — про него известно, что он подавляет развитие опухолей. Делеция рядом с ним, видимо, убирает «табу» с клеточного деления и позволяет развиваться мозгу, который без сомнения у человека больше, чем у других приматов. Второй кусочек — делеция рядом с геном андрогенового рецептора, она связана с потерей сенсорных волосков на теле и шипиков на пенисе, которые есть у мышей и других приматов, и которых (к счастью) нет у человека. И действительно, молекулярный анализ показал, что в удаленных местах находятся так называемые энхансеры, которые напрямую контролируют работу соответствующих генов.

Это — только верхушка айсберга, и по части понимания значения «мусорной» ДНК, и для эволюционных механизмов. Но уже сейчас понятно, что мы — не то чтобы эволюционный шедевр, просто мы отличаемся.