Новое происхождение ключевого регуляторного гена: PRC2 подавлял "прыгающие гены" у предков эукариот

Ключевой белковый комплекс PRC2, открытый десятилетия назад как глушитель генов, на самом деле изначально подавлял транспозоны у эукариот и лишь постепенно эволюционировал для регуляции генов. К такому выводу пришла группа Фредерика Бергера из Института Грегора Менделя. Исследование опубликовано 21 сентября в журнале Current Biology.

Polycomb repressive complex 2 (PRC2) был открыт у дрозофилы как ключевой регулятор генов развития. Он модифицирует хроматин и подавляет экспрессию генов-мишеней. Однако его изначальная функция была поставлена под сомнение, когда PRC2 обнаружили у одноклеточных видов, где нет развития.

Первая подсказка о первоначальной роли PRC2 пришла из исследований красных водорослей, где его метильные метки находили на транспозонах — "прыгающих генах", перемещающихся по геному. Международная группа исследователей решила проверить эту гипотезу, изучив роль PRC2 у различных эукариот.

Чтобы понять роль PRC2 у предков эукариот, учёные проанализировали геномы трёх далёких эволюционных линий:

• Растения
• SAR (страменопилы, альвеоляты, ризарии)
• Опистоконты (линия, к которой относятся люди и грибы)

У всех этих эукариот есть транспозоны, мобильные генетические элементы, которые могут вырезаться из ДНК и встраиваться в новые места, что угрожает стабильности генома. В мутантных диатомовых водорослях, бриофитах и красных водорослях потеря активности PRC2 приводила к потере подавления транспозонов (TEs).

"Эти данные показывают, что PRC2 подавляет транспозоны у этих далёких линий, что определяет эту функцию как возникшую у общего предка всех трёх линий. Происхождение PRC2, вероятно, было связано в первую очередь с защитой генома от вторжения транспозонов. Это коренное изменение парадигмы", — говорит Фредерик Бергер.

В ходе эволюции функция PRC2 постепенно сместилась от подавления транспозонов к репрессии белковых генов — его изначально описанной роли.

У наземных растений исследователи обнаружили, что "ископаемые транспозоны" по-прежнему являются мишенями для PRC2, который затем глушит гены по соседству.

"У цветковых растений, таких как Arabidopsis, которые эволюционировали недавно, остатки транспозонов всё ещё присутствуют и рекрутируют PRC2 для подавления соседних генов. Мы предполагаем, что у Arabidopsis некоторые транспозоны были одомашнены, став элементами, участвующими в модуляции белковых генов", — объясняет Тэцуя Хисанага, первый автор исследования.