У геномів ссавців виявлено сотні раніше невідомих генів

Нові методи аналізу генома дозволяли виявити більше півтора тисяч невідомих генів у ссавців. Ці гени не кодуються білками, але великі молекули РНК, що виконують різні регулюючі функції. Нові відкриті гени демонструють високий рівень подібності (консерватизм) у різних ссавців, що вказує на їх важливий функціональний сенс. Раніше було відомо лише приблизно десяток таких генів. Як з`ясувалося, великі регуляторні РНН виконуються в клітинах ссавців з широким спектром завдань - від регуляції клітинних підрозділів для контролю властивостей стовбурових клітин.

Останнім часом існувало набір даних, що вказують на те, що в клітинах ссавців піддаються "читання" (транскрипція) не тільки тих ділянок генома, які кодують білки або відомі функціональні молекули РНК (RRNA, Trna, Microg та ін.), але багато інших областей, здається, не мають корисної інформації.

Іншими словами, клітина з якоїсь причини виробляє багато транскриптів (молекули РНК, синтезовані на ДНК-матриці), чиї функції абсолютно незрозумілі. Багато експертів припустили, що ці транскрипти не перевищують "сміття", випадкове побіжне на роботу РНК-полімеразних ферментів, відповідальних за транскрипцію (див.: Вивчення генома людини надходить у нову фазу "елементи", 20.06.2007).

Тільки десяток великих без кодуючих молекул РНК (вони отримали назву великого втручання, не кодування RNAS, Lincrnas) були виявлені будь-якими функціями. Виявилося, що вони беруть участь у регулюванні роботи генів та транспортних речовин з цитоплазми в ядрі, допомагають інактивувати "надлишок" х-хромосоми у самок та впроваджувати геномну імпринтування. Чому не залишаються решти незрозумілих транскриптів, як і раніше залишалася таємницею.

В останньому випуску природоохоронного журналу велика група американських учених оголосила про розробку ефективного методу, який дозволяє широкомасштабному пошуку генів функціональної лінії Lincrna. Метод заснований на аналізі структури гістону H3 - однієї з білків, до яких ДНК є "пораненим" в ядрі еукаріотичної клітини (см. хроматин). Дослідники виявили, що всі гени, що читаються ферментом РНК-полімерази II (цей фермент, транскрибує переважну більшість генів у еукаріотах), можуть бути ідентифіковані спеціальними "тегами" (см. Ремоделювання хроматину), що клітина кладе на молекули HTON H3. Ці молекули H3, на яких ген промотора - це рани, виготовляють метилуванням лисмін амінокислотного залишку, що займає 4-е місце в молекулі гістона. Крім того, ще один лізин, що займає 36-й положення, визначається по всій транскрибованій частині гена у молекулах H3.

Ці етикетки можуть бути виявлені за допомогою спеціально похідних антитіл, які розпізнають метиловані молекули H3 у складі хроматину та додаються до них (див. Імуноприпіру). Ген, виявлений таким чином, може потім ускладнювати (визначити послідовність нуклеотидів).

За допомогою цього методу ви можете виявити всі гени, що транскрибують РНК-полімеразу II. Зрозуміло, що більша частина з них є давні відомі гени, що кодують білки або функціональні РНК. Але якщо від загальної кількості генів, ідентифікованих таким чином, всі відомі (і в геномі миші це невідомі невідомі білкові гени), то решта, швидше за все, буде бажаними генами Lincrna.

За допомогою цього методу дослідники виявили близько 1600 передбачуваних нових генів довжиною щонайменше 5000 нуклеотидів у геномі миші, кожен (менші гени просто ігнорували) і визначили їх нуклеотидні послідовності.

Тепер треба було довести, що це дійсно робочі гени, тобто, що клітина фактично транскрибується. Для цього РНК була виділена з декількох типів клітин миші та перевірені, якщо серед них були молекули, що відповідають нуклеотидним послідовностям, знайшли нові гени (див. ДНК MicroArray). Результат був позитивним - тому ген знайшов роботу.

Наступним кроком було знайти подібні послідовності в геномів інших ссавців. Результат також був позитивним, і виявилося, що гени Lincrna відрізняються досить високим консерватизмом. Це означає, що вони мало змінилися під час еволюції ссавців. Консерватизм є ознакою того, що цей розділ ДНК важливий для тіла, і більшість мутацій, що виникають у ньому. Рівень консерватизму нових генів був приблизно такий же, як десять десятків раніше виявлених генів Lincrna. Цей рівень нижчий, ніж у генів, що кодує білків, але значно вищий, ніж у всіх інших розділах ДНК Unexploding DNA, які не мають відомих функцій. Консерватизм генів функціональної РНК, як правило, нижчий, ніж у генів білків, оскільки функціональні молекули РНК більше толерантні до змін у їх нуклеотидній послідовності, ніж білки - до зміни амінокислотної послідовності. Іншими словами, мутації генів функціональної РНК набагато рідше будуть шкідливими, ніж мутації генів кодування білків.

Промотори гену Lincrna, як виявилося, мають точно такий же ступінь консерватизму, а також промоутери генів білків-кодування. Це зрозуміло, тому що всі ці гени читаються тим же ферментом РНК-полімерази II, яка повинна бути прикріплена до промотора для запуску транскрипції.

Які функції виконуються в організмі ссавців численних лінкрен? Встановити це безпосередньо важко, тому дослідники пройшли обхід. Вони проаналізували характер експресії генів Lincrna у різних органах та тканинах, а на різних етапах ембріонального розвитку. Відомо, що "звичайне", тобто білкові гени, сильно відрізняються від їх активності в різних клітинах і в різний час. Деякі набори генів включені, наприклад, лише під час поділу клітин, інші - лише в клітинах печінки, третє - при бронюванні певного органу в ембріогенезі та т. D. Виявилося, що гени Lincrna поводяться таким же чином. Виявлено групи генів Lincrna, які активуються одночасно з певними функціональними групами генів білків. Таким чином, було показано, що Lincrna, мабуть, участь у регулюванні клітинних підрозділів, у роботі імунної та нервової системи, при диференціації ембріональних стовбурових клітин, у багатьох інших процесах ембріогенезу, у формуванні ваг ( генітальні клітини), у зростанні м`язів і т. D.

У деяких випадках функція Linccrna вдалося продемонструвати більш точно за допомогою складних експериментів. Наприклад, було відомо, що білок P53 відіграє важливу роль у виправленні пошкодження молекул ДНК. Однак, як саме він робить це, це було невідомо. Тепер виявилося, що P53 розпізнає промоутери декількох генів Lincrna і прикріплюється до них, що призводить до різкого збільшення активності цих генів. Пошкодження ДНК призводить до активації 39 генів Lincrna, але якщо ви вимикаєте ген, що кодує білок P53 у клітинах, пошкодження ДНК перестає стимулювати їхню активність. Як Lincrna допомагає відновити пошкоджену ДНК ще не зрозуміла, але той факт, що вони беруть участь, це не викликає сумнівів.

Механізми дії Lincrna - тобто, як саме вони впливають на клітинні процеси - все ще невідомі, але є вагомі підстави вважати, що багато хто з них бере участь у регулюванні діяльності інших генів. Це вказує, наприклад, той факт, що серед генів білків, розташованих поруч із генами Lincrna, різко збільшився відсоток генів, що кодують транскрипційні регулятори (транскрипційні фактори, які виконують метилування гістонів, і т. Р.). Можливо, Lincrna якось "співпрацює" з регуляторними білками - наприклад, відправляючи свою діяльність на певних областях геномної ДНК.

Нещодавно нові функції молекул РНК постійно (див. Посилання внизу). Це дуже добре узгоджується з "теорією" РНК-світової теорії ", згідно з яким, на ранніх стадіях еволюції життя, всі функції, що виконуються білками, виконували молекули РНК. Якщо це дійсно було, то ви повинні очікувати, що в сучасних клітинах для РНК могли залишатися багато різних речей. Що підтверджується численними відкриттями останніх років.