Псевдогены, или сломанные гены, утрачивают способность кодировать белок, и вследствие этого отбор перестает их отбраковывать, потому как любые мутации в них уже никакого вреда не наносят

Псевдогены, или сломанные гены, утрачивают способность кодировать белок, и вследствие этого отбор перестает их отбраковывать, потому как любые мутации в них уже никакого вреда не наносят. Исследование, проведенное совместно со специалистами факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова, подтверждает этот факт, но показывает, что на некоторые из генов слабый отбор все-таки продолжает действовать. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Genome Biology and Evolution.

Бывает, что работа какого-то белка перестает играть ключевую роль в приспособленности и выживаемости организма (например, из-за изменений условий среды). Тогда мутации в гене, кодирующем этот белок, не так важны для организма. 

«Ученым уже давно известен факт, что после того, как в гене произошла очень вредная мутация, например, нонсенс-мутация, он перестает «работать» и превращается в псевдоген. При этом отрицательный отбор (вычищающий вредные мутации из генофонда) перестает на него воздействовать и несинонимичные мутации (те, которые приводят к замене аминокислоты на другую в белке) начинают накапливаться в гене с той же скоростью, что и синонимичные (те, которые не приводят к замене одной аминокислоты на другую). Об этом ранее косвенно упоминалось во многих работах, где приводились единичные примеры, но полноценного исследования эффекта нонсенс-мутаций не проводилось», — рассказывает о работе соавтор статьи, аспирант факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Надежда Потапова.

В геноме людей присутствуют 53–100 неработающих аллелей. Примерно 21–27 из них выключены из-за нонсенс-мутаций. Свое название (буквально переводящееся как «бессмысленные») этот тип мутаций получил из-за того, что он лишает ген «смысла» (производимого белка). Нонсенс-мутации – это тип мутаций, приводящий к появлению стоп-кодона, на котором синтез белка останавливается. Они могут появляться по разным причинам: это и замены, и вставки, и делеции (уничтожения) «букв» генетического кода.

Большое количество аллелей с нонсенс-мутациями (или нонсенс-аллелей) наводит ученых на мысль, что они, может быть, и не настолько «бессмысленные». Уже описано несколько молекулярных механизмов, которые хотя бы частично сохраняют функцию, казалось бы, неработающего гена.

При этом нонсенс-аллели отличаются от мутаций, ведущих к замене аминокислоты на другую, своей вредностью. Они в три раза чаще приводят к заболеваниям, встречаются реже и часто имеют дополнительные копии в геноме (паралоги), что делает вред от поломки одной из них незначительным.

Биологи изучили геномы замбийских популяций Drosophila melanogaster, в которых в среднем присутствует 35 нонсенс-мутаций. Они сфокусировались только на тех нонсенс-аллелях, которые появились из-за замены одного нуклеотида.

Оказалось, что у дрозофил на те участки кодирующей ДНК, в которых есть нонсенс-мутации, не действует отрицательный (снижающий их частоту в популяции) отбор. Однако на некоторые нонсенс-аллели очень слабое давление отбора все же распространяется. Причиной этого может быть альтернативный сплайсинг – другие способы «прочтения» того же участка ДНК из-за сдвига точек «начала» и «конца». Биологи предполагают, что благодаря альтернативному сплайсингу функции некоторых генов сохраняются хотя бы частично, поэтому отрицательный отбор все же «видит» их.

«Мы использовали данные геномов плодовой мушки Drosophila melanogaster, на которых показали, что нонсенс-мутации действительно «выключают» одноэкзонные гены (не содержащие вставок–интронов, которые при синтезе белка вырезаются) и те начинают с одинаковой скоростью накапливать синонимичные и несинонимичные мутации. В многоэкзонных генах (генах с несколькими интронами), по-видимому, страдает только экзон с мутацией, а остальные продолжают оставаться под воздействием несколько ослабленного отрицательного отбора»,  — поясняет Надежда Потапова.

Исследование было выполнено учеными факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ в соавторстве с сотрудниками Института проблем передачи информации им. Харкевича РАН, Сколковского института науки и технологий и Мичиганского университета (США).