Программное обеспечение раскрывает внутреннюю работу генома человека
Биолог и специалист по информатике ищут сайты редактирования РНК — явления, играющего ключевую роль в генетической сложности человека.
Завершение проекта "Геном человека" позволило ученым мечтать в грандиозных масштабах. Новый генетический "чертеж" может пролить свет на происхождение рака, БАС (бокового амиотрофического склероза) и других заболеваний.
Проект также поднял вопросы о возникновении сложности и разнообразия. Обнаруженные ~30 000 генов в геноме человека — намного меньше ожидаемых 50 000–140 000. Более простые организмы, например рис (50 000 генов) или мушка (14 000), имеют больше генов. Это указывает, что другие явления вносят вклад в сложность высших форм жизни.
Редактирование РНК
Одно из таких явлений — редактирование РНК. Это механизмы, с помощью которых последовательности генов изменяются после транскрипции ДНК в РНК и до трансляции РНК в белки.
Ключевой механизм — модификация отдельных нуклеотидов. Модификации в этих молекулах могут вызывать изменения аминокислот в синтезируемых белках, что ведет к изменению функции белка. Редактирование РНК дает потенциально "экспоненциальное" увеличение числа продуктов гена из одного гена.
Поиск "иголки в стоге сена"
Чтобы ускорить идентификацию сайтов в геноме, где может происходить редактирование, был разработан программный комплекс RNA Editing Dataflow System (REDS). Он:
- Выявляет несоответствия при транскрипции ДНК в РНК.
- Отделяет те, что возникают по иным причинам (ошибки в последовательностях, однонуклеотидные полиморфизмы — SNPs).
Особый интерес представляет A-to-I редактирование, при котором нуклеотид аденозин (A) меняется на инозин (I). Исследователи фокусируются на случаях, где это приводит к изменению аминокислоты в белке. Такие изменения связаны с болезнью Лу Герига (БАС), эпилепсией, депрессией.
Роль структуры РНК
На третьем этапе исследуется сворачивание РНК и корреляция структур с редактированием. РНК — динамичная молекула, ее структура постоянно меняется. Редактирование наиболее вероятно в двухцепочечных областях, образующихся при сворачивании (петли, шпильки, выступы).
Разработан алгоритм, который пытается вывести структуру РНК из ее последовательности и определить, где вероятны сайты редактирования. Алгоритм ранжирует все потенциальные сайты на основе предсказанного сворачивания.
Значение открытий
У человека известно 30 генов, где редактирование РНК вызывает изменение аминокислоты. Большинство найдены случайно. Новая систематическая методология позволит найти другие сайты.
Каждый найденный ген, где происходит редактирование РНК, открывает новую главу о значимости этого процесса, задействованных путях и потенциальных болезнях, возникающих из-за недостаточности или гиперактивности редактирования РНК.