Учёные нашли общие биологические процессы в геномах человека, мухи и червя

Исследователи, проанализировав геномы человека, плодовой мушки (Drosophila melanogaster) и круглого червя (C. elegans), обнаружили ряд общих ключевых геномных процессов, отражающих их общее эволюционное происхождение. Результаты, опубликованные 28 августа 2014 года в журнале Nature, дают представление об эмбриональном развитии, регуляции генов и других биологических процессах, важных для понимания биологии и болезней человека.

Исследования основаны на данных, сгенерированных проектами modENCODE и ENCODE, поддержанными Национальным исследовательским институтом генома человека (NHGRI), входящим в Национальные институты здоровья США (NIH). Консорциум modENCODE, интегрируя данные по трём видам, изучил, как паттерны экспрессии генов и регуляторные белки, определяющие судьбу клетки, часто имеют общие черты. Также были детализированы сходные способы, которыми три вида используют упаковку ДНК в хроматин для компактизации в ядре клетки и регуляции функции генома.

Целью проекта modENCODE, запущенного в 2007 году, является создание полного каталога функциональных элементов в геномах мушки и червя для научного сообщества. Такие элементы включают гены, кодирующие белки, некодирующие белки гены и регуляторные элементы. Текущая работа развивает первоначальные каталоги, опубликованные в 2010 году.

«Особенность червя и мухи в том, что они эволюционно очень далеки от человека, поэтому обнаружение чего-то, сохранённого у всех трёх — человека, мухи и червя — говорит нам, что это очень древний, фундаментальный процесс», — отметил Марк Герштейн, доктор философии, ведущий автор одной из статей.

Ключевые открытия:

• Сходные паттерны экспрессии генов. Учёные проанализировали транскриптомы трёх видов, используя более 67 миллиардов считываний последовательностей генов. Они обнаружили общие паттерны экспрессии, особенно для генов развития, и показали, что способы включения и выключения генов скоординированы сходным образом. Было установлено, что уровни экспрессии как кодирующих, так и некодирующих белки генов можно количественно предсказать по особенностям хроматина в промоторах генов.
• Консервативная организация хроматина. Исследование показало, что многие особенности модификаций хроматина, необходимых для доступа к ДНК, и изменения паттернов репликации ДНК в результате этих модификаций сходны у всех трёх видов. «Мы обнаружили, что в основном использование модификаций хроматина тремя организмами высококонсервативно», — сказал соавтор Джейсон Либ, доктор философии.
• Общие принципы регуляции генома. Учёные сосредоточились на транскрипционных факторах — ключевых регуляторных белках, определяющих судьбу клетки. Было обнаружено, что эти факторы имеют тенденцию связываться со сходными последовательностями ДНК в геномах трёх видов, что указывает на сохранение общих принципов регуляции. При этом конкретные мишени факторов и время их экспрессии различаются.

Более десятка статей Консорциума modENCODE были или будут опубликованы в 2014 году в журналах Nature, Genome Research, Genome Biology и Proceedings of the National Academy of Sciences. Эта коллекция статей знаменует завершение программы modENCODE, финансирование которой закончилось в 2012 году. Ожидается, что данные и ресурсы, созданные проектом, будут широко использоваться научным сообществом в течение многих лет.