Однажды названный вредным ген может оказаться важным для выживания и развития эмбриона, — пишет sciencenews.org.
Эмбрионам мышей необходимо, чтобы прыгающий ген, или транспозона, под названием LINE-1, был активным во время поздней двухклеточной стадии развития эмбриона.
Многие ученые «считают, что это скверные, эгоистичные генетические элементы», которые прыгают рядом с геномом, запускают мутации и сеют хаос, — говорит соавтор исследования Мигель Рамальхо-Сантос, эволюционный биолог и специалист по стволовым клеткам в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Но новое исследование предполагает, что ген LINE-1 более полезен для развития, чем считалось ранее.
Транспозоны, конечно же, могут прыгать в гены и разрушать их, а клетки используют множество инструментов, чтобы не допустить, производство этими генами РНК и белковых копий. Но в раннем развитии LINE-1 включается на полную мощность, упаковывая РНК в эмбриональные клетки, а также клетки «зародышевой линии», которые впоследствии дают начало яйцеклеткам и сперматозоидам.
Наличие активных транспозонов, потенциально скачкообразно перемещающихся вокруг таких жизненно важных клеток, может быть опасным: эмбрионы и клетки зародышевой линии должны быть среди клеток, наиболее сильно охраняемых от транспозонов. «На ум приходит фраза «игра с огнем»», — говорит Рамальхо-Сантос.
Чтобы понять, как ведет себя рассматриваемый ген в клетках, команда Рамальо-Сантоса использовала короткий фрагмент РНК, который мог соединяться с РНК LINE-1 и приводить к деградации транспозона, по сути, отключая ген. (Исследователи не могли просто удалить LINE-1 из клетки, потому что существуют тысячи копий. Примерно 17 процентов человеческого генома, например, сделано из транспозонов.) Без РНК LINE-1, эмбриональные стволовые клетки перестали воспроизводиться, а эмбрионы мыши не могли пройти через двухклеточную стадию развития.
Ученые давно подозревали, что транспозоны важны для развития эмбрионов, но эту идею трудно было проверить, — говорит эволюционный биолог Тодд Макфарлан из Национального института детского здоровья и развития человека Юниса Кеннеди Шрайвера в Бетесде (штат Мэриленд). Новое исследование является одним из лучших доказательств того, что эмбрионы нуждаются в LINE-1.
В исследовании команда обнаружила, что копии РНК прыжкового гена объединяются с двумя белками, чтобы отключить ген под названием Dux. Dux помогает эмбрионам перейти на двухклеточную стадию, но слишком большое количество такого гена может помешать эмбрионам продвигаться дальше.
По словам исследователей, LINE-1 и его белки также занимаются производством рибосом, накопление которых помогает эмбрионам получить протеины, необходимые для продолжения роста организма.
Предыдущие работы других ученых показали, что прыгающие гены формируют эволюцию человека. Например, два белка, которые помогают иммунной системе реагировать на новые патогены, были первоначально транспозоновыми белками. И некоторые остатки транспозонов, возможно, несут ответственность за различия между шимпанзе и человеческими лицами.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение