Мобильные генетические элементы играют важную роль в регуляции генов и эволюции

Новое исследование ученых из Медицинской школы Мичиганского университета показывает, что мобильные генетические элементы (transposable elements) — фрагменты ДНК, способные к репликации и перемещению по геному, — играют ключевую роль в регуляции генетической экспрессии и эволюции. Ранее их часто считали «генетическим мусором», хотя они составляют почти половину человеческого генома.

Ключевые открытия:

  • Перемещаясь, мобильные элементы иногда изменяют трехмерные взаимодействия (3-D contacts) нитей ДНК и, следовательно, структуру 3-D генома.
  • Около трети всех 3-D контактов в геноме берут начало от мобильных элементов, что указывает на их непропорционально большой вклад в вариативность образования петель ДНК.
  • Элементы создают новые сайты связывания для белка CTCF — главного архитектора 3-D структуры генома. Эти новые сайты «перехватывают» существующую структуру, формируя новые 3-D контакты и вариабельные петли, влияющие на регуляторную активность и экспрессию генов.
  • Наблюдения в клетках человека и мыши показывают, как мобильные элементы способствуют внутривидовой изменчивости и межвидовым различиям.

Методология:

Для анализа авторы разработали программное обеспечение MapGL, которое отслеживает эволюционное приобретение и потерю коротких генетических последовательностей между видами. Применив его к наборам сайтов связывания CTCF, они показали, что процесс gain/loss объясняет многие различия в связывании CTCF между людьми и мышами.

Контекст и перспективы:

Исследование синтезирует знания от первых наблюдений за хромосомами в XIX веке до открытия «прыгающих генов» у кукурузы. Как отмечает Адам Диль, гены человека и шимпанзе слишком похожи, чтобы объяснить различия видов, поэтому фокус сместился на то, как гены используются — на регуляцию.

Следующие шаги:

Команда планирует изучить влияние мобильных элементов на 3-D геном в рамках одной человеческой популяции. Для этого будет использован новый метод секвенирования, разработанный в сотрудничестве с лабораторией Райана Миллса, для идентификации вариабельных вставок мобильных элементов у людей. Ожидается, что это углубит понимание регуляторной роли элементов и может иметь значение для изучения нейродегенеративных заболеваний.