"Прыгающий ген" критически важен для раннего эмбриона

Так называемый "прыгающий ген", который долгое время считали генетическим мусором или вредным паразитом, на самом деле является критическим регулятором первых стадий эмбрионального развития. К такому выводу пришло новое исследование на мышах, проведенное учеными из UCSF и опубликованное 21 июня 2018 года в журнале Cell.

Только около 1% человеческого генома кодирует белки. Половина нашей ДНК состоит из транспозонов — вирусоподобного генетического материала, способного копироваться и встраиваться в разные участки генома. Самый распространенный из них, LINE1, составляет 24% человеческого генома.

Ученые UCSF обнаружили, что LINE1 необходим для развития эмбрионов мыши после стадии двух клеток. Ранее было известно, что эмбриональные стволовые клетки и ранние эмбрионы экспрессируют высокие уровни LINE1, что противоречило представлению о нем как о паразите.

Ключевой эксперимент и механизм

Когда исследователи удалили РНК LINE1 из оплодотворенных яйцеклеток мыши, эмбрионы полностью потеряли способность развиваться дальше стадии двух клеток.

Оказалось, что РНК LINE1 не встраивается в геном, а задерживается в ядре клетки. Там она образует комплекс с регуляторными белками Nucleolin и Kap1. Этот комплекс необходим для:

• Выключения доминирующей генетической программы двухклеточного состояния (контролируемой геном Dux).
• Включения генов, необходимых для дальнейшего деления клеток и развития эмбриона.

Новый взгляд на "геномных паразитов"

Исследование длилось пять лет и потребовало разработки новых методов для изучения транспозонов. Ученые надеются, что их работа заставит научное сообщество обратить внимание на функциональные роли "прыгающих генов".

"Эти гены были с нами миллиарды лет и составляют большинство наших геномов сотни миллионов лет. Справедливо спросить, не являются ли свободными нахлебниками 1,5% белок-кодирующих генов, а не наоборот", — говорит старший автор исследования Мигель Рамальо-Сантос.

Он предполагает, что повторяемость LINE1 (тысячи копий в геноме) может делать ранние стадии развития более устойчивыми: если одна копия повреждена, ее функцию могут взять на себя другие.

"Ученые проделали так много работы над белок-кодирующими генами, которые составляют менее 2% генома, в то время как транспозоны занимают почти 50%. Мне лично не терпится продолжить исследование новых функций этих элементов в развитии и болезнях", — добавляет соавтор Мишель Першард.