Хромосомные перестройки могут быть полезны в зависимости от среды

В новаторском исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда учёных из Instituto Gulbenkian de Ciência (Португалия) под руководством Мигеля Годиньо Феррейры в сотрудничестве с Изабель Гордо впервые показала, что хромосомные перестройки (такие как инверсии или транслокации) могут давать преимущества клеткам, которые их несут, в зависимости от окружающей среды. Это помогает лучше понять различные биологические проблемы: как раковые клетки с хромосомными перестройками могут вытеснять нормальные клетки или как организмы могут эволюционировать в одном месте, образуя разные виды.

Хромосомные перестройки — это перемещение участков хромосомы в другой регион той же или другой хромосомы. Эти мутации часто встречаются в раковых клетках, но существуют и у здоровых людей. До сих пор было неизвестно, какое влияние перестройки оказывают на приспособленность организма, то есть на его способность выживать и размножаться.

Используя в качестве модельного организма африканские пивные дрожжи Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), исследователи обнаружили, что хромосомные перестройки встречаются в природных популяциях дрожжей. Чтобы изучить их влияние на рост, учёные создали штаммы дрожжей с перемещёнными сегментами хромосом, не нарушая экспрессию генов и сохраняя идентичный генетический код.

Несмотря на одинаковую генетическую информацию, мутантные штаммы показали разную способность к росту: одни перестройки были полезными, другие — вредными. Более того, при изменении среды обитания вредная перестройка могла стать полезной, давая преимущество конкретному штамму. Исследователи предположили, что естественный отбор формирует структуру хромосом под конкретную среду.

Ключевой вопрос: почему штаммы с одинаковой последовательностью ДНК и генами вели себя по-разному? Учёные обнаружили, что активация и экспрессия генов различались у разных штаммов, и это могло быть следствием нового расположения участков хромосом.

Ана Тереза Авелар, первый автор статьи: «Наши варианты хромосом дрожжей имеют точно такую же последовательность ДНК. Мы просто изменили расположение хромосомных последовательностей. Таким образом, наши эксперименты впервые показывают эффекты, вызванные изменениями в архитектуре хромосом».

Мигель Годиньо Феррейра добавляет: «Теперь мы можем понять, как раковые клетки с хромосомными перестройками адаптируются и растут лучше нормальных клеток; как люди с разными вариантами хромосом могут иметь проблемы с фертильностью, не подозревая об этом; как эти перестройки могут сохраняться в природных популяциях, не вымирая. И возникают новые вопросы. Поскольку хромосомные перестройки возникают спонтанно в природе, могут ли они быть первым шагом к возникновению нового вида?»