Метилирование и последовательность генов коэволюционировали при расхождении человека и шимпанзе
Учёные из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и Университета Южной Калифорнии (USC) впервые представили количественные доказательства того, что «закладка» метильных групп в ДНК (метилирование) и лежащие в её основе последовательности ДНК коэволюционировали на протяжении 6 миллионов лет с момента расхождения человека и шимпанзе от общего предка.
Этот вывод бросает вызов традиционному пониманию эпигенетики, согласно которому метилирование изменяет экспрессию гена, не меняя последовательность ДНК. Новое исследование поддерживает теории о том, что изменения метилирования могут двигать изменения в последовательности ДНК. Авторы предполагают, что обратимые изменения метилирования могут обеспечивать краткосрочную «фенотипическую гибкость», которая служит пробной площадкой для более постоянных геномных изменений, если новый признак окажется полезным.
«Эта часть наших данных показывает, как метилирование может служить агентом эволюции», — говорит соавтор работы доктор Грегори Хэннон (CSHL).
Исследование опубликовано на обложке журнала Cell от 16 сентября.
Сравнение метилома человека и шимпанзе
Учёные сравнили полный набор метильных меток (метилом) с однонуклеотидным разрешением в двух типах клеток, представляющих результат двух волн эпигенетического репрограммирования в жизни млекопитающих:
- Эмбриональные стволовые (ES) клетки человека — предшественники всех соматических клеток.
- Мужские половые клетки (сперматозоиды) человека и шимпанзе.
Эти клетки представляют собой «исходное состояние» для дальнейшего развития организма и его клеток.
Ключевые результаты
Метилирование определяет тип клетки. Паттерны метилирования, характерные для определённого типа клеток (сердца, печени и т.д.), оказались более схожими между видами, чем между разными типами клеток внутри одного вида. Например, клетка сердца шимпанзе имеет больше общих меток с клеткой сердца человека, чем с клеткой печени того же шимпанзе.
Анализ неметилированных регионов (HMR). Наиболее важная информация получена при анализе кластеров CpG-последовательностей, которые не метилированы. Эти HMR структурно различаются в ES-клетках и сперматозоидах. Большинство HMR перекрываются с промоторами генов — областями, где начинается считывание гена.
Пример коэволюции. Приведён пример гена HTR3E, кодирующего субъединицу серотонинового рецептора. У человека промотор этого гена неметилирован, а у шимпанзе — метилирован. Это различие в статусе метилирования между близкими видами может быть ключом к пониманию того, как на них по-разному действовал естественный отбор.
Выводы исследования указывают на то, что тщательный анализ паттернов метилирования может раскрыть ранее скрытые истории эволюционного расхождения видов. Для более полного понимания взаимного влияния генома и эпигенома в эволюции необходимы дальнейшие сравнительные исследования с привлечением других видов.