Учёные обнаружили кладезь генов, которые могут объяснить эволюцию человека

Исследователи из Центра Доннелли в Торонто обнаружили, что десятки генов, которые ранее считались имеющими сходные функции у разных организмов, на самом деле уникальны для человека и могут помочь объяснить возникновение нашего вида.

Эти гены кодируют класс белков, известных как факторы транскрипции (ТФ), которые контролируют активность генов. ТФ распознают определённые участки ДНК, называемые мотивами, и используют их как точки посадки для связывания с ДНК, чтобы включать или выключать гены.

Ранее считалось, что ТФ, которые выглядят похожими у разных организмов, связывают и сходные мотивы, даже у таких разных видов, как плодовая мушка и человек. Однако новое исследование из лаборатории профессора Тимоти Хьюза показывает, что это не всегда так.

В статье в журнале Nature Genetics учёные описывают новый вычислительный метод, позволивший точнее предсказывать последовательности мотивов, с которыми связывается каждый ТФ у разных видов. Результаты показывают, что некоторые подклассы ТФ функционально гораздо разнообразнее, чем считалось.

"Даже между близкородственными видами есть немалая доля ТФ, которые, вероятно, связывают новые последовательности", — говорит Сэм Ламберт, бывший аспирант лаборатории Хьюза, который провёл большую часть работы над статьёй.

Это означает, что они, вероятно, приобрели новые функции, регулируя разные гены, что может быть важно для видовых различий.

Даже между шимпанзе и человеком, чьи геномы идентичны на 99%, существуют десятки ТФ, которые распознают разные мотивы у двух видов, что может влиять на экспрессию сотен различных генов.

"Мы считаем, что эти молекулярные различия могут лежать в основе некоторых различий между шимпанзе и людьми", — говорит Ламберт.

Для повторного анализа последовательностей мотивов Ламберт разработал новое программное обеспечение, которое ищет структурное сходство в ДНК-связывающих областях ТФ, связанное со способностью связывать одинаковые или разные мотивы ДНК. В отличие от старых методов, программа автоматически присваивает большее значение тем аминокислотам (части всей области), которые непосредственно контактируют с ДНК. Два ТФ могут выглядеть в целом похожими, но если они различаются положением этих ключевых аминокислот, они с большей вероятностью будут связывать разные мотивы.

Сравнив все ТФ у разных видов и сопоставив их со всеми доступными данными о последовательностях мотивов, Ламберт обнаружил, что многие человеческие ТФ распознают другие последовательности — и, следовательно, регулируют другие гены, — чем версии тех же белков у других животных.

Это открытие противоречит более ранним исследованиям, утверждавшим, что почти все ТФ человека и плодовой мушки связывают одинаковые мотивы, и призывает учёных к осторожности при попытке получить информацию о человеческих ТФ, изучая только их аналоги в более простых организмах.

"Существует устоявшееся представление, что ТФ связывают почти идентичные мотивы у людей и плодовых мушек, — говорит Хьюз. — И хотя есть много примеров, где эти белки функционально консервативны, это ни в коем случае не в той степени, которая принималась как данность".

ТФ, имеющие уникальные человеческие функции, относятся к быстро эволюционирующему классу так называемых цинк-пальцевых ТФ C2H2, названных так из-за содержащих ион цинка пальцевидных выступов, которыми они связывают ДНК.

Их роль остаётся открытым вопросом, но известно, что организмы с более разнообразными ТФ также имеют больше типов клеток, которые могут объединяться новыми способами, создавая более сложные тела.

Хьюза увлекает заманчивая возможность, что некоторые из этих цинк-пальцевых ТФ могут быть ответственны за уникальные черты человеческой физиологии и анатомии — нашу иммунную систему и мозг, которые являются самыми сложными среди животных. Другая возможность касается полового диморфизма: бесчисленных видимых и часто менее очевидных различий между полами, которые влияют на выбор партнёра — решения, имеющие непосредственное влияние на репродуктивный успех и долгосрочные последствия для физиологии.

"Почти никто в генетике человека не изучает молекулярные основы полового диморфизма, хотя это те черты, которые все люди видят друг в друге и которые всех нас fascинуют, — говорит Хьюз. — Меня так и подмывает посвятить вторую половину карьеры работе над этим, если я смогу понять, как это сделать!"