Люди продолжают эволюционировать благодаря микрогенам
Новое открытие проливает свет на крошечные гены, которые эволюционировали в геномах людей с тех пор, как мы отделились от наших млекопитающих предков.
Согласно исследованию, опубликованному 20 декабря в журнале Cell Reports, у человека продолжают появляться новые гены. По мере эволюции нашего рода по меньшей мере 155 человеческих генов возникли из участков ДНК, которые ранее считались "ненужными", включая два специфических для человека гена, которые появились после того, как человек отделился от шимпанзе около 4-6 миллионов лет назад, сообщают исследователи. "Я считаю, что это отличное исследование", - говорит Алан Сагателян, биолог из Института Салка, который не принимал участия в работе. Он добавляет, что "не удивится", если таких "прячущихся у всех на виду" генов окажется гораздо больше.
Гены, описанные в новом исследовании, оставались необнаруженными так долго, потому что они маленькие: их размер достигает около 300 нуклеотидов, в то время как типичный человеческий ген в среднем составляет 10-15 000 пар оснований. Несмотря на то, что они имеют стартовый и стоп-кодоны, которые позволяют им считываться транскрипционным механизмом клетки, как и обычные гены, эти так называемые микрогены - иногда их называют короткими открытыми рамками считывания (sORFs) - долгое время считались нефункциональными, объясняет Сагателян.
Но недавние исследования показали, что выключение sORFs тормозит рост клеток, что свидетельствует о том, что они все-таки важны. Например, в одном из исследований 2020 года были обнаружены сотни функциональных sORFs в клетках человека, как в кодирующих, так и в некодирующих областях генома. Эта цифра заинтриговала Николаоса Вакирлиса, эволюционного биолога из Исследовательского центра биомедицинских наук Александра Флеминга в Вари, Греция, и он и его коллеги сочли необходимым продолжить изучение этих генетических странностей, начав то, что стало недавно опубликованным исследованием. "Мы находим видоспецифичные гены повсюду", - говорит Вакирлис. "Значит, для их возникновения должен быть эволюционный путь".
Используя данные исследования 2020 года, команда просканировала геномы человека и позвоночных в поисках функциональных sORFs, которые производят белки. Затем, используя известную филогенетическую информацию о человеке и позвоночных, они предсказали эволюционные отношения между sORFs, оценив, когда в эволюционной истории появились новые микрогены.
В ходе этого процесса ученые выявили 155 микрогенов, общих для всех позвоночных. Согласно данным предыдущего исследования, сорок четыре из них имеют решающее значение для роста клеток. Три из них имеют маркеры заболеваний, связанных с такими недугами, как мышечная дистрофия, пигментный ретинит и синдром Алазами. Команда также обнаружила один микроген, ассоциированный с тканями человеческого сердца, который появился после того, как шимпанзе и люди отделились от горилл около 7-9 миллионов лет назад.
Интересно, что Вакирлис и его коллеги обнаружили, что эти новые гены появились из некодирующих областей ДНК, а не в результате мутации или дупликации существующих генов. Хотя считается, что дупликация генов является основным источником новых генов у всех видов, появление микрогенов может объяснить, как у человека появились некоторые уникальные человеческие характеристики, а также как другие животные приобрели уникальные видоспецифичные фенотипы.
Джон Пренснер, врач из Института рака Dana Farber, не принимавший участия в исследовании, считает что "это [исследование] действительно важная работа". Он объясняет, что ученые давно знали о sORFs и других неканонических открытых рамках считывания, но не могли определить, что они могут делать. Он объясняет, что микрогены - это потенциальный путь эволюции уже сегодня. Они кодируют "протобелки", или небольшие белки, которые организмы апробируют. Эти белки могут оказаться бесполезными и со временем быть удалены из генома, но могут и выполнять полезную функцию и в конце концов закрепиться в геноме.
Вакирлис говорит, что "их может быть гораздо больше", и, возможно, они будут иметь отношение к заболеваниям. Он отмечает, что "это эксперименты только на двух клеточных линиях". При проведении большего количества экспериментов на других клеточных линиях исследователи могут обнаружить сокровищницу информации, связанной со здоровьем, "и начать думать о том, можем ли мы использовать [sORFs] в терапевтических целях", - добавляет он.
