Транспозоны: от «эгоистичных» генов к ключевым элементам биологических процессов
Секвенирование генома человека в 2001 году показало, что более 45% нашей ДНК состоит из транспозонов — «прыгающих» генов, способных перемещаться по геному, создавая свои новые копии по механизмам «вырезать-вставить» или «скопировать-вставить».
Из-за этого их называют «эгоистичными генами», подобными вирусам. Однако новое исследование SISSA и IIT под руководством профессоров Стефано Густинчича и Ремо Санджеса выявило важные и неожиданные функции этих транспозонов.
Эгоистичные «прыгуны»
Большинство копий транспозонов сегодня неактивны, но в геноме человека и других млекопитающих есть около сотни потенциально активных копий транспозонов семейства LINE (Long Interspersed Nuclear Elements). Они могут транскрибироваться, производя матричные РНК, которые способствуют процессу копирования и вставки генетических последовательностей.
Эта активность LINE-транспозонов представляет риск для целостности генома, поэтому в ходе эволюции организмы выработали защитные механизмы, ограничивающие их активность.
Исследование и ключевые открытия
Работа лабораторий Санджеса и Густинчича привела к публикации трёх статей с неожиданными результатами.
Статья в Nature Communications: РНК, производимая транспозонами LINE, необходима для правильного развития коры головного мозга у мышей. Без неё нарушается пропорция различных типов клеток в этом органе.
- Дамиано Мангони (IIT): «Тысячи некодирующих РНК, производимых LINE, играют активную роль в молекулярных процессах, обеспечивая правильное развитие и работу мозга».
Статья в Frontiers in Cell and Developmental Biology: На ранних стадиях эмбрионального развития LINE-элементы распознаются белковыми комплексами, которые инициируют транскрипционные процессы, необходимые для правильного развития эмбриона.
- Федерико Ансалони (экс-аспирант SISSA): «Транспозоны, долго считавшиеся мусорной ДНК, на самом деле являются ключевыми элементами в таком деликатном процессе».
Статья в Molecular Autism: Регуляция транскрипции LINE-транспозонов отличается в мозге у небольшой группы людей с расстройствами аутистического спектра. Активация некоторых копий LINE может подавлять транскрипцию генов, в которые они встроены.
- Джованни Спирито (экс-аспирант SISSA): «В некоторых случаях аутизм может быть вызван мутацией в гене, контролирующем LINE. Для таких случаев разработка лекарств, восстанавливающих контроль над этими элементами, может быть полезной для лечения».
Будущие перспективы
- Ремо Санджес (SISSA): «Наш геном научился использовать эти эгоистичные элементы в своих интересах, делая их незаменимыми для нормального эмбрионального и мозгового развития».
- Стефано Густинчич (IIT): «Самая важная функциональность этих элементов находится на уровне РНК и не зависит от создания новых копий. Это объясняет, почему многие их копии остаются активными и тонко регулируются в геноме».
Эти исследования открывают путь для новых направлений в изучении регуляторных сигналов в транспозонах и поиске методов лечения нейроразвивающих и возрастных заболеваний.