«Эгоистичная ДНК» контролирует раннее развитие человека

Если подумать о стадиях развития человеческой жизни, можно представить себе, что наши гены, или генетика, командуют процессом. Теперь ученые узнали, что это не так. Нечто, называемое «эгоистичной ДНК», или транспозоны, контролируют раннее развитие человека.

Недавно было обнаружено, что эти крошечные элементы ДНК, известные своей способностью перемещаться по геному, играют ключевую роль в раннем развитии человека.

Транспозоны исторически считались нарушителями ДНК — вирусоподобными образованиями, которые захватывают наши клетки, чтобы размножаться. Однако недавние исследования переворачивают это понимание с ног на голову. Что, если эти предполагаемые злоумышленники не только безвредны, но и необходимы для нашего раннего развития?

Мигель Рамальо-Сантос, профессор кафедры молекулярной генетики Университета Торонто и старший научный сотрудник Научно-исследовательского института Луненфельда-Таненбаума (LTRI), входящего в состав Sinai Health, сделал вместе со своими коллегами захватывающее открытие. «Мы обнаружили, что эти элементы не являются просто геномными паразитами, а необходимы для раннего развития», — говорит он.

Транспозоны в развитии человека

Исследовательская группа сосредоточила свое исследование на определенном типе транспозона, называемом LINE-1. В то время как наши гены составляют менее 2% нашего генома, элементы LINE-1 составляют поразительные 20%.

Они обнаружили, что эти элементы LINE-1 имеют решающее значение для обеспечения нормального прохождения эмбриональных клеток человека через раннее развитие. Если их ингибировать, они будут транспортировать клетки обратно на более примитивную стадию.

Хотя элементы LINE-1 были названы «эгоистичной ДНК» из-за их способности нарушать нормальные функции генов, возникает вопрос — почему эти предположительно опасные элементы активны на ранней стадии развития эмбриона?

«Если транспозоны плохие и опасные, почему мы видим их активными в раннем эмбрионе? Это эмбрион, который только начинает свое формирование», — говорят ученые. «Любая опасная вставка в геном на этом этапе будет распространяться на протяжении всего дальнейшего развития организма».

Дальнейшие исследования показали, что сообщения LINE-1 выполняют функцию каркаса для организации ДНК в трехмерном пространстве клетки. Они обеспечивают плавный переход эмбриона на последующие стадии путем перемещения хромосомы 19 в область ядра, подавляющую экспрессию генов.

Открытие, изменившее жизнь

Ученые добавляют, что активность LINE-1 в критический момент эмбрионального развития далеко не случайна. Напротив, это важный эволюционный механизм. Вместо того, чтобы сеять геномный хаос, элементы LINE-1 способствуют прогрессу развития.

«Мы показываем, что LINE-1 регулирует экспрессию генов в решающий поворотный момент, когда эмбрион начинает специализировать свои клетки для различных функций. Наши результаты указывают на то, что это не случайное явление, а жизненно важный эволюционный механизм».

Это исследование может потенциально переосмыслить методы лечения бесплодия и использования стволовых клеток в регенеративной медицине.

«Эта работа подчеркивает, как много еще предстоит узнать не только о развитии человека, но и об этих загадочных элементах генома, роль которых только начинает проясняться», — сказала доктор Анн-Клод Жинграс, директор LTRI и вице-президент по исследованиям в Sinai Health.

«Я поздравляю своих коллег с открытием новых горизонтов в этом захватывающем исследовании биологии человека и с нетерпением ожидаю дальнейших открытий по мере продолжения их работы»,

Итак, в следующий раз, когда вы задумаетесь о чуде человеческой жизни, подумайте о крошечных элементах ДНК, которые называются транспозонами. Они могут быть важнее, чем мы когда-либо себе представляли.

Исследование было опубликовано в журнале Developmental Cell.