Картирование геномных джунглей: уникальные черты животных могут пролить свет на болезни человека
Междисциплинарная группа учёных из University of Utah Health использует уникальные черты животных — от крыльев летучей мыши до устойчивости слона к раку — для выявления участков человеческого генома, которые могут влиять на здоровье. Результаты опубликованы 6 марта в журнале Cell Reports.
Исследователи сосредоточились на некодирующей области млекопитающих, которая составляет 98% генома. Эти регионы не кодируют белки, но содержат «переключатели», регулирующие активность генов. Их роль в здоровье и болезнях в основном неясна.
«Раньше некодирующие регионы называли "мусорной ДНК", но я вижу в них неисследованные джунгли», — говорит Кристофер Грегг, ведущий автор исследования.
Установка ориентиров в геноме
Команда проанализировала «мусорные» участки геномов пяти животных — слона, летучей мыши-рукокрыла, косатки и дельфина, голого землекопа и тринадцатиполосого суслика — чтобы найти регионы, эволюционировавшие особенно быстро.
Были обнаружены тысячи ускоренных регионов в каждом геноме. Некоторые из них могут отвечать за характерные видовые черты: крылья летучей мыши, крупные размеры слона, уникальная окраска суслика.
«Мы использовали экстремальные признаки разных видов, чтобы выявить некодирующие регионы в человеческом геноме, которые, вероятно, важны для здоровья и болезней», — поясняет Эллиот Феррис, первый автор статьи.
Исследователи выявили элементы в:
- геноме слона, связанные с репарацией ДНК, что может помочь в изучении устойчивости к раку;
- геноме летучей мыши, связанные с развитием крыльев, что может помочь в изучении аномалий кистей и стоп;
- геноме дельфина и косатки, связанные с развитием глаза (изучение развития роговицы) и адаптацией к высокому давлению (понимание нарушений свёртываемости крови);
- геноме тринадцатиполосого суслика, связанные с окраской/пигментацией (изучение альбинизма и синдрома Леопарда);
- геноме голого землекопа, связанные с развитием глаза (изучение глаукомы).
Слоны почти не болеют раком
У слона в 100 раз больше клеток, чем у человека, и живёт он 60–70 лет, но рак у него встречается крайне редко.
Ранее было показано, что дополнительных копий гена-супрессора опухолей p53 повышают способность слонов устранять предраковые клетки с повреждением ДНК.
Грегг и Феррис проверили, указывают ли ускоренные регионы в геноме слона на другие элементы, формирующие устойчивость к мутациям и раку. Они идентифицировали три гена (FANCL, VRK2 и BCL11A), связанные с большим количеством ускоренных регионов. Эти гены участвуют в репарации ДНК.
Эксперименты на образцах крови африканских слонов показали, что многие гены, реагирующие на повреждение ДНК, обогащены ускоренными регионами слона. Результаты раскрыли атлас элементов в геноме млекопитающих, которые потенциально могут способствовать устойчивости к раку.
«Мы определили в геноме слона кандидатные механизмы устойчивости к раку, выходящие за рамки p53. Эти данные выявили некодирующие последовательности в человеческом геноме, которые, как мы предсказываем, могут контролировать активность генов и снижать образование мутаций и рака», — говорит Грегг.
Следующий этап — изучение того, как выявленные регионы могут быть применены в медицине человека. Необходимы функциональные исследования, чтобы проверить, контролируют ли эти ускоренные регионы развитие болезней у людей.