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.

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.

Рис. 1. Пример молекулы РНК со сложной пространственной структурой. Такие РНК могут не кодировать белки, но сильно влияют на активность белоксинтезирующей машины. (Рисунок rosefirerising).

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.