Человеческий геном приоткрыл тайну ''темной материи''

Исследователи нашли в геноме млекопитающих тысячи неизвестных регуляторных ДНК-последовательностей.

Колоссальное по масштабам сравнительное изучение геномов 29 видов млекопитающих может привести к пересмотру принципов функционирования и организации человеческого генома. Учёным удалось напрямую увидеть генетическую «тёмную материю», о существовании которой догадывались уже давно. В предыдущих исследованиях, в которых сравнивались ДНК человека и мыши, делался косвенный вывод о существовании значительного числа регуляторных последовательностей, которые сами белков не кодируют, но управляют активностью других генов. Но, в отличие от уже известных и охарактеризованных регуляторов, их существование оставалось в области гипотез. Оттого их и назвали «тёмной материей»: она обязательно должна где-то быть, но увидеть её никому не удаётся.

Пример молекулы РНК со сложной пространственной структурой. Такие РНК могут не кодировать белки, но сильно влияют на активность белоксинтезирующей машины. (Рисунок rosefirerising.)

Коллективу исследователей из Массачусетского технологического института (США) вместе с коллегами из других мировых научных центров это удалось. Пять лет они занимались секвенированием и сравнением геномов 29 плацентарных млекопитающих, включая человека, слона, кролика, летучих мышей и т. д. Для двадцати из них последовательность геномной ДНК вообще была получена впервые. В первую очередь учёных интересовали те последовательности, которые мало изменялись от вида к виду. Именно высокая консервативность таких участков заставляла подозревать в них регуляторные последовательности.

И вот результат: было обнаружено 10 000 высококонсервативных последовательностей, прямо влияющих на активность гена, и более 1 000 таких, которые служат основой для синтеза регуляторных РНК со сложной структурой. Учёные нашли также 2,7 млн участков — потенциальных мишеней для взаимодействия с факторами транскрипции, которые определяют, где и когда гену нужно работать. Кроме того, было обнаружено 4 000 новых кодирующих последовательностей, с информацией о белках. Нужно сказать, что, хотя человеческий геном и был полностью прочитан, функции многих ДНК-последовательностей остаются невыясненными. Имея дело только с одним геномом, почти невозможно сказать, какой участок сам кодирует белок, а какой выполняет регуляторную функцию. Но при сравнении с другими геномами такая задача вполне разрешима.

Исследователи получили возможность проследить за эволюцией млекопитающих на протяжении 100 млн лет на молекулярном уровне. Адаптация организма к меняющимся условиям среды отражается в трансформациях в регуляции генома, в наборе и активности той самой «тёмной материи» (которая теперь уже не такая уж и «тёмная»). Например, теперь можно узнать, какие гены сделали из обезьяны человека. Ранее их насчитывалось около 200; часть из них отвечала за развитие мозга и строение конечностей. Сегодня количество таких последовательностей в ДНК возросло до 1 000.

Другие времена должны наступить и для медицины. Большое число заболеваний связано с мутациями непосредственно в кодирующей области ДНК: эти мутации портят структуру самих белков. Но ещё больше болезней вызвано нарушением именно в регуляции активности генов — когда белок начинается синтезироваться там, где не надо, или не там, где надо, или не в тех количествах, которые нужны. Так что теперь с новой, подробной и расширенной картой регуляторных элементов в геноме станет возможным определить истинную причину многих и многих заболеваний.