«Мусорная» ДНК оказалась золотым кодом: ученые расшифровали скрытую систему управления генами
В структуре ДНК обнаружен дополнительный слой информации, который ученые только сейчас начинают расшифровывать. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что наша генетическая программа устроена куда сложнее, чем предполагалось ранее.
Речь идет о регуляторных элементах ДНК — участках, которые не кодируют белки, но управляют тем, где, когда и как именно активируются или подавляются гены. Именно это окружение генов — а не только сами гены — определяет, как работает клетка.
Исследование провели ученые из нескольких стран, включая США, с использованием методов глубокого машинного обучения и анализа геномных данных человека. Они выяснили, что гены работают не изолированно, а как части трехмерной архитектуры, где взаимодействие элементов на расстоянии может включать или выключать участки ДНК.
Это как музыкальная партитура: важны не только «ноты» — последовательности генов, но и то, в каком порядке, ритме и контексте они «исполняются».
Центральным объектом исследования стало семейство последовательностей под названием MER11. Это фрагменты древнего эндогенного ретровируса, который попал в геном наших предков миллионы лет назад. Хотя эти элементы давно утратили способность к репликации, они не исчезли — и, как теперь ясно, выполняют важные регуляторные функции.
Ученые впервые показали, что MER11:
-
может усиливать экспрессию генов — особенно в раннем эмбриональном развитии;
-
играет роль в формировании врожденного иммунного ответа;
-
может участвовать в трехмерной организации хроматина, влияя на то, какие гены будут активированы в конкретной клетке.
Чтобы подтвердить регуляторную активность MER11, ученые использовали технологию lentiMPRA — метод, позволяющий вставить тысячи разных участков ДНК в клетки и измерить их влияние на активность определённого гена.
Были протестированы почти 7 тыс. последовательностей MER11, включая варианты от человека и других приматов. Результаты показали, что подсемейство MER11_G4 (одно из самых «молодых») особенно активно в стволовых и нервных клетках на ранних этапах развития.
Ранее считалось, что для понимания функции гена достаточно знать его последовательность. Но новое исследование показывает: контекст имеет решающее значение. Два человека могут иметь одинаковый ген, но если регуляторная система вокруг него отличается — гены будут работать по-разному.
Это объясняет, почему люди с одинаковыми мутациями могут по-разному болеть. Или почему не всегда работает простая логика «один ген — одна болезнь» и как можно разработать персонализированную медицину, которая учитывает не только мутации, но и весь регуляторный ландшафт.
В будущем ученые планируют создать подробные карты взаимодействий между регуляторными элементами, которые позволят «читать» геном как сложный сценарий, где важны и слова, и режиссура, и монтаж. MER11 — это не «мусорная» ДНК, как считалось ранее. Это древний, встроенный регулятор, без которого наша биологическая система могла бы работать иначе. И теперь становится возможным переосмыслить генетику как науку — и медицинскую практику, основанную на ней.
Ранее RTVI.US рассказывал, что мутации ДНК, вызывающие рак легких, оказались тесно связаны с уровнем загрязнения воздуха.
