Новый ген у млекопитающих контролирует новую структуру в нервных клетках

Исследование под руководством доктора Жужанны Ижвак из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка и профессора Лоуренса Херста из Милнеровского центра эволюции показало, как эволюция нового гена лежит в основе эволюции новой структуры в нервных клетках. Ген PGBD1 описан в журнале Molecular Biology and Evolution.

Ген, произошедший от «прыгающего гена»

PGBD1 — один из пяти родственных генов, напоминающих piggyBac-элемент, впервые обнаруженный у насекомых. Это «прыгающие гены» (транспозоны), которые могут копироваться и перемещаться по геному. Они попали в геном человека путем горизонтального переноса.

Со временем piggyBac-транспозоны утратили подвижность, но пять генов PGBD1-5 закрепились в геноме человека. PGBD1 уникален: он включил части других генов, что привело к образованию белка со способностью связывать ДНК и другие белки. Это новый ген, частично состоящий из фрагментов человеческих генов, частично — из неактивного транспозона.

PGBD1 регулирует развитие нервных клеток и «белковые ловушки»

PGBD1 обнаружен только у млекопитающих и особенно активен в клетках, становящихся нейронами. Исследователи выяснили, что белок PGBD1 связывается с ДНК вблизи генов, связанных с развитием нервной системы. Он блокирует гены зрелых нейронов, сохраняя активность генов клеток-предшественников. Снижение уровня PGBD1 заставляет клетки-предшественники начать созревание.

Особый интерес вызвало связывание PGBD1 с геном NEAT1. Этот ген кодирует некодирующую РНК, которая формирует каркас структуры параспеклов — крошечных образований в ядре клетки, действующих как ловушки для некоторых РНК и белков.

В клетках-предшественниках PGBD1 связывается с геном NEAT1 и подавляет его работу. Когда уровень PGBD1 падает, уровень РНК NEAT1 растет, формируются параспеклы, и клетки становятся зрелыми нейронами. Таким образом, PGBD1 эволюционировал как ключевой регулятор наличия или отсутствия параспеклов и, следовательно, развития нервных клеток.

Эволюция нового гена для новой структуры

Наиболее интригующий факт: параспеклы, как и PGBD1, обнаружены только у млекопитающих. PGBD1 — редкий пример нового гена, который эволюционировал для регуляции новой структуры. Как отмечает Жужанна Ижвак, это открытие демонстрирует, что эволюция может создавать новое, а не просто «подправлять» уже существующее.

Связь с шизофренией

Взаимосвязь между NEAT1 и PGBD1 может быть вовлечена в патогенез шизофрении. Ранее NEAT1 уже связывали с этим заболеванием. Команда также идентифицировала несколько мутаций в PGBD1, которые оказались распространены среди пациентов с шизофренией. Одна из мутаций изменяет белок PGBD1, другие могут влиять на его уровень.

Как отмечает первый автор работы доктор Тамаш Рашко, маловероятно, что оба гена вовлечены в шизофрению по совпадению. Обнаружение мутации, изменяющей белок и связанной с этим заболеванием, — редкое явление, и её эффекты должны стать приоритетом для дальнейших исследований.