Геномная загадка о происхождении интронов объяснена в новом исследовании

295

Одна из самых давних фундаментальных загадок биологии и генетики связана с плохо изученным происхождением интронов. Интроны — это сегменты некодирующей ДНК, которые необходимо удалить из генетического кода, прежде чем он будет транслироваться в процессе создания белков.

Интроны — это древняя особенность, обнаруженная во всей эукариотической жизни, широком диапазоне организмов, охватывающем всех животных, растения, грибы и простейшие, но отсутствующая в геномах прокариот, таких как геномы бактерий. Существует огромная разница в количестве интронов, обнаруженных в геномах разных видов, даже между близкородственными видами.

Теперь новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Санта-Крузе указывает на интронеры, один из нескольких предполагаемых механизмов создания интронов, открытых в 2009 году, в качестве объяснения происхождение большинства интронов у разных видов.

Исследователи считают, что интронеры — единственное вероятное объяснение событий интронного взрыва, когда тысячи интронов появляются в геноме, казалось бы, все сразу, и они находят доказательства этого у видов по всему древу жизни.

«Исследование дает правдоподобное объяснение происхождения подавляющего большинства интронов», — сказал Рассел Корбетт, старший автор исследования. «Есть и другие механизмы, но я знаю только один, который может генерировать тысячи и тысячи интронов одновременно в геноме. Если это правда, это говорит о том, что мы обнаружили основной процесс, управляющий чем-то действительно особенным в геномах эукариот».

Интроны важны, потому что они обеспечивают возможность альтернативного сплайсинга, что, в свою очередь, позволяет одному гену кодировать несколько транскриптов и, следовательно, выполнять несколько сложных клеточных функций.

Интроны также могут влиять на экспрессию генов, скорость, с которой гены включаются для создания белков и других некодирующих РНК. Интроны в конечном итоге оказывают нейтральное или слегка негативное влияние на виды, в которых они существуют, потому что, когда сплайсинг интронов выполняется неправильно, ген, в котором они живут, может быть поврежден и даже погибнуть. Такие пропущенные случаи сплайсинга являются причиной некоторых видов рака.

Ученые исследовали геномы 3325 эукариотических видов — всех видов, для которых есть доступ к высококачественным эталонным геномам, — чтобы выяснить, насколько распространены интроны и в каких группах видов они встречаются чаще всего. Они обнаружили в геномах 175 видов в общей сложности 27 563 производных интрона, что означает наличие интронеров у 5,2% исследованных видов.

Это доказательство было обнаружено у видов всех типов, от животных до одноклеточных протистов — организмов, чей последний общий предок жил более 1,7 миллиарда лет назад. Разнообразие видов, у которых они обнаружены, позволяет предположить, что интронеры являются фундаментальным и наиболее распространенным источником интронов на древе жизни.

Текущий анализ может обнаружить только свидетельства существования интронеров на несколько миллионов лет назад, что является относительно коротким промежутком времени, когда речь идет об истории эволюции.

Вполне вероятно, что интронные всплески могли произойти у некоторых видов, таких как люди, во время, выходящее за рамки этого анализа, что означает, что исследование, вероятно, едооценивает истинный масштаб интронов у всех эукариот.

Интронеры как геномные паразиты

В экосистеме генома интронеров можно рассматривать как паразитов, стремящихся выжить и воспроизвести себя.

Когда интронер входит в новый организм, этот новый хозяин никогда раньше не видел этот элемент и не имеет возможности защитить себя, позволяя ему размножаться в новом виде.

«Все в эволюции — это конфликт, и эти элементы, [включая интронеры], являются эгоистичными фрагментами ДНК», — сказал Ланден Гозашти, автор исследования. «Они хотят только размножаться, и единственная причина, по которой они не хотят убивать своего хозяина, заключается в том, что это убивает их».

Вырезаясь из последовательности ДНК до того, как происходит трансляция гена в белки, интронеры нашли способ оказывать меньшее влияние на приспособленность гена-хозяина, позволяя им сохраняться в течение поколений эволюции вида-хозяина.

Исследователи обнаружили, что интроны, полученные из интронеров, сращиваются лучше, чем другие типы интронов, чтобы ограничить их негативное влияние на ген, чтобы и интронер, и хозяин могли лучше выжить.

Исследование было опубликовано в PNAS.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии