Почти 15 лет генетики считали, что у многократно повторяющихся фрагментов генома, так называемой мусорной ДНК, нет никакой функции. Странные последовательности в ДНК высших организмов могли превращаться в экзоны, строительные кирпичики генов, кодирующих белки. Но лишь недавно учёные из университета Айовы (University of Iowa) установили, что большая часть образованных экзонов играет важную роль в регуляции генов.
Данное исследование ещё раз показало, что человек отличается от других животных, в том числе и от всех приматов, кроме человекообразных обезьян.
Почти половина генома Homo sapiens состоит из повторяющихся фрагментов ДНК, например из транспозонов, последовательностей, которые способны перемещаться по геному. Транспозоны делятся на ретротранспозоны и ДНК-транспозоны. Первые транскрибируются в РНК, а затем заново встраиваются в геномную ДНК.
В человеческом геноме наиболее распространённая форма ретротранспозонов (а они составляют около 40% генома) — Alu-элементы, которые существует в виде более чем миллиона копий и занимают около 10% всей ДНК.
Эти самые Alu-элементы — основной источник новых экзонов. Но так как Alu-элементы являются специфическими ретротранспозонами приматов, генетики полагают, что образованные из них экзоны могут отвечать за появление у приматов уникальных черт. “Мы хотели бы лучше понять этот процесс”, — говорит глава исследования профессор И Син (Yi Xing).
Чтобы изучить влияние экзонов, образованных благодаря Alu-элементам, на экспрессию генов в человеческом организме, исследователи использовали высокоплотный микромассив экзонов. Такая технология позволила наблюдать сразу за шестью миллионами проб. Поэтому генетики смогли изучить паттерны экспрессии всех человеческих экзонов (330 “Alu-экзонов” в 11 видах тканей).
О полученных данных и результатах исследователи отчитались в статье, опубликованной в открытом доступе в журнале PLoS Genetics, а также в пресс-релизе университета.
Некоторое количество экзонов обладало интересными функциональными характеристиками, поэтому к ним учёные присмотрелись повнимательнее.
“Сотни экзонов в геноме человека образуются из Alu-элементов. Микромассив позволяет быстро идентифицировать экзоны, которые имеют отношение к регулированию экспрессии и функций генов”, — рассказывает постдок Лань Линь (Lan Lin).
Так анализ человеческого гена SEPN1, который известен своим участием в развитии мышечной дистрофии у некоторых людей, показал, что появление соответствующего Alu-экзона произошло уже после разделения ветвей эволюции человека и шимпанзе. Правда, для этого исследователям пришлось сравнить полученный результат с теми же данными от тканей макак и шимпанзе.
“В этом случае экспрессия данного экзона происходит на высоком уровне именно в мускулах какого-то определённого человека, но не у другого человека или в тканях обезьян, не относящихся к человекообразным. Таким образом, получается, что экзон обладает особой функцией внутри мускула, и при этом она присуща только человеку”, — добавляет Син.