Когда два генома клетки вступают в конфликт
Растения и животные содержат два генома: один в ядре, другой — в митохондриях. Мутации в каждом из них могут стать несовместимыми, что приводит к болезням. Ученые из Университета Брауна и Университета Индианы проследили один такой пример у плодовых мушек, определив отдельные ошибочные нуклеотиды и механизм, из-за которого мушки заболевают.
Некоторые болезни возникают из-за ошибочного взаимодействия между двумя геномами: ядерной ДНК и митохондриальной. Ученые нашли пример такой несовместимости, скрещивая разные штаммы и виды плодовых мушек с естественными мутациями. Конфликт возник, когда митохондриальную ДНК "simw 501" от Drosophila simulans поместили в Drosophila melanogaster с ядерной ДНК "Oregon R".
Мухи с такой комбинацией выживали, но имели ряд проблем:
- Щетинки на спине были в два раза короче, чем у нормальных мух.
- Наблюдались задержки развития.
- Снижалась репродуктивная эффективность.
- Быстрее наступала усталость (что логично, так как митохондрии — энергостанции клетки).
Генетический и биохимический анализ
Исследователи измерили активность ферментов в процессе выработки энергии в митохондриях. Два фермента, кодируемые только ядерными генами, работали нормально. Но три фермента, совместно управляемые митохондриальными и ядерными генами, показали сниженную активность.
Мутации отследили до двух измененных нуклеотидов — по одному в каждом геноме:
- В митохондриальном геноме: мутация G → U в РНК.
- В ядерном геноме: мутация A → V в белке, который добавляет аминокислоту к этой же митохондриальной РНК.
Каждая мутация по отдельности не причиняет вреда. Болезнь проявляется только при их совместном присутствии. Проблема заключалась в нарушении скорости производства белков, необходимых для роста, внутри митохондрий.
Значение исследования
Этот случай имеет прямое отношение к человеческим болезням, таким как непереносимость физических нагрузок из-за мутации в том же гене митохондриальной РНК, который изучали у мух. Исследование доказывает, что можно идентифицировать подобные конфликты и отследить их до уровня отдельных нуклеотидов. Ученые планируют выяснить, насколько распространены такие сбои в "перекрестных помехах" между митохондриальным и ядерным геномами.