Исследователи из Центра клеточных и биомолекулярных исследований Университета Торонто обнаружили в геноме человека около миллиона новых экзонов - участков ДНК, которые экспрессируются в зрелой РНК.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Genome Research. В геноме человека насчитывается около 20 000 белок-кодирующих генов, которые содержат примерно 180 000 известных внутренних экзонов. Эти белково-кодирующие регионы составляют всего один процент от всего генома человека. Подавляющая часть генома остается загадкой, которую метко называют "темным геномом".
"Мы начали изучать темный геном, обнаружив около миллиона ранее неизвестных экзонов с помощью метода, который называется "ловушка для экзонов", - рассказал главный автор статьи Тимоти Хьюз. "Этот метод включает в себя анализ с помощью плазмид для поиска экзонов в фрагментах ДНК неизвестного состава. Хотя ловушки экзонов больше не используются широко, они доказали свою эффективность при использовании в сочетании с высокопроизводительным секвенированием для сканирования всего человеческого генома".
Экзоны - это сегменты генома, которые могут кодировать белки, направляющие развитие тканей и биологические процессы в организме. Они считаются автономными, если им не требуется внешняя помощь для сращивания в зрелый транскрипт РНК, который затем транслируется в белок. Авторы исследования решили проверить модель определения экзонов, которой руководствуются исследователи в области молекулярной генетики, после того как усомнились в одном из ее предположений - что точному удалению небелково-кодирующих интронных областей генома способствуют четкие и последовательные указания на то, где начинаются и заканчиваются экзоны. Похоже, что это предположение справедливо не во всех случаях, поскольку сплайсинг экзонов не всегда проходит гладко, иногда в результате получаются зрелые транскрипты РНК, содержащие нефункциональные компоненты.
"Почти ни один из вновь обнаруженных экзонов не встречается в геномах разных видов", - говорит Хьюз. "Похоже, что они появились в геноме человека в основном в результате случайных мутаций и вряд ли играют значительную роль в нашей биологии. Это свидетельствует о том, что эволюция у человека происходит путем проб и ошибок - скорее всего, благодаря огромному размеру нашего генома".
Документирование случайно мутировавших экзонов в геноме человека полезно, поскольку их трансляция может быть потенциально вредной. Длинные экзоны некодирующей РНК, которые являются автономными, но часто не имеют известной функции, ассоциируются с развитием рака. Из примерно 1,25 миллиона известных и неизвестных экзонов, которые удалось обнаружить с помощью экзонной ловушки, почти 4% составляли экзоны длинной некодирующей РНК. Кроме того, экзоны, находящиеся внутри некодирующих интронов, называемые псевдоэкзонами, могут мутировать, делая слабый сайт сплайсинга более сильным. Это приводит к тому, что экзон включается в транскрипт зрелой РНК, что потенциально может привести к заболеванию.
"Это интересное исследование, которое расширяет наши знания о последовательностях в геноме человека, которые потенциально могут быть распознаны как экзоны в транскрибируемой РНК", - считает Бенджамин Бленкоу, профессор молекулярной генетики медицинского факультета Университета Темерти, который не принимал участия в исследовании. "Хотя значение большинства вновь обнаруженных экзонов неясно, некоторые из них могут быть активированы в определенных условиях - например, при мутациях, связанных с заболеваниями, - поэтому их каталогизация имеет большое значение. Это исследование послужит ценным ресурсом, облегчающим текущие усилия, направленные на расшифровку кода сплайсинга".
Более глубокое понимание факторов, влияющих на включение экзонов в зрелую РНК, поможет усовершенствовать такие программы, как SpliceAI, широко используемый инструмент для предсказания сайтов сплайсинга и аберрантного сплайсинга. SpliceAI можно обучать на новых данных, полученных в ходе этого исследования, чтобы уточнить возможности прогнозирования.
"SpliceAI часто не предоставляет подробную информацию о характеристиках экзонов и плохо предсказывает сплайсинг в экзонах, которые еще не каталогизированы", - говорит Хьюз. "Наши данные по отлову экзонов содержат биологически значимую информацию, которая может быть использована в SpliceAI и других предсказателях сплайсинга, чтобы открыть новые пути для изучения темного генома".
