Исследование раскрывает скрытую регуляторную роль "мусорной" ДНК

Новое международное исследование предполагает, что древние вирусные последовательности ДНК, встроенные в наш геном и долгое время считавшиеся генетическим "мусором", могут играть важную роль в регуляции экспрессии генов. Сосредоточившись на семействе последовательностей MER11, исследователи из Японии, Китая, Канады и США показали, что эти элементы эволюционировали, чтобы влиять на включение и выключение генов, особенно на ранних стадиях развития человека.

Транспозоны (TEs) — это повторяющиеся последовательности ДНК в геноме, происходящие от древних вирусов. За миллионы лет они распространились по геному с помощью механизмов "копирования-вставки". Сегодня TEs составляют почти половину человеческого генома.

Чтобы преодолеть трудности изучения высокоповторяющихся и плохо аннотированных в базах данных последовательностей, таких как молодое семейство MER11, исследователи разработали новый метод классификации. Они сгруппировали последовательности MER11 на основе эволюционных взаимосвязей и степени их консервативности в геномах приматов.

Этот подход позволил разделить MER11A/B/C на четыре отдельные подсемейства: MER11_G1–G4 (от самого древнего к самому молодому). Новая классификация лучше соответствовала реальной регуляторной функции, что выявилось при сравнении с эпигенетическими маркерами.

Для прямого тестирования способности MER11 контролировать экспрессию генов команда использовала метод lentiMPRA (lentiviral massively parallel reporter assay). Они проанализировали почти 7000 последовательностей MER11 человека и других приматов, измерив их эффект в человеческих стволовых клетках и клетках ранней нейральной стадии.

Результаты показали, что MER11_G4 (самое молодое подсемейство) обладает сильной способностью активировать экспрессию генов. У него также был обнаружен уникальный набор регуляторных мотивов — коротких участков ДНК, служащих сайтами связывания для транскрипционных факторов.

Дальнейший анализ выявил, что последовательности MER11_G4 у человека, шимпанзе и макак накопили различные изменения. У человека и шимпанзе некоторые последовательности приобрели мутации, которые могут увеличивать их регуляторный потенциал в стволовых клетках человека.

Исследование предлагает модель для понимания того, как "мусорная" ДНК может эволюционировать в регуляторные элементы с важными биологическими функциями.