Как морская губка из Квинсленда помогает учёным разгадать 700-миллионолетнюю загадку эволюции
Многие человеческие черты, такие как рост и восприимчивость к болезням, зависят от генов, закодированных в нашей ДНК. Включением, выключением и тонкой настройкой этих генов управляют важные, но труднонаходимые участки генома.
Особенно важный класс таких регионов — энхансеры, которые повышают вероятность активации конкретного гена. Найти энхансеры, основываясь только на последовательности генома, невероятно сложно — как найти выключатель в тёмной комнате.
До сих пор не было ни одного примера энхансера, последовательность ДНК которого была бы схожей во всём животном царстве.
В новом исследовании, опубликованном в Science, мы обнаружили, что люди, мыши, рыбки данио — и, скорее всего, всё животное царство — имеют общие энхансерные регионы с морской губкой из Большого Барьерного рифа. Поскольку последний общий предок морских губок и людей жил более 700 миллионов лет назад, это означает, что функциональный механизм сохранялся всё это время.
Что мы сделали
В исследовании участвовала команда из Института сердечных исследований Виктора Чанга, Квинслендского университета, Института Столетия и Университета Монаша. Мы начали со сбора образцов морской губки у Большого Барьерного рифа, недалеко от острова Херон.
В Квинслендском университете мы извлекли энхансерную ДНК из морской губки и ввели её в отдельную клетку эмбриона рыбки данио. Мы обнаружили, что, хотя последовательности энхансеров губки сильно отличались от последовательностей энхансеров данио, они всё равно работали: они успешно и последовательно запускали экспрессию флуоресцентного белка в определённых типах клеток данио.
Основываясь на компьютерных предсказаниях, мы также идентифицировали и протестировали схожие энхансеры из людей и мышей, чтобы показать, что эти последовательности запускают экспрессию флуоресцентного белка в аналогичных типах клеток данио в процессе развития.
Мы обнаружили, что, несмотря на различия в генетических последовательностях губок и людей из-за миллионов лет эволюции, мы можем идентифицировать схожий набор геномных инструкций, контролирующих экспрессию генов у обоих организмов.
Что это значит
Наши выводы представляют собой фундаментальное открытие для понимания связи между нашими геномами и физическими чертами.
Участки ДНК, ответственные за контроль экспрессии генов, печально известны тем, что их трудно найти, изучить и понять. Хотя они составляют значительную часть человеческого генома, исследователи только начинают понимать эту генетическую «тёмную материю».
Эта работа помогает нам научиться «читать» и понимать человеческий геном, который невероятно сложен. Более глубокое понимание того, как работают наши гены, также поможет понять, что идёт не так при заболеваниях. Улучшенное понимание генома также поможет понять, как эволюционируют животные.