«Прыгающие гены» — кусочки ДНК, которые могут перемещаться из одного места в геноме в другое — хорошо известны благодаря увеличению генетического разнообразия на протяжении длительного хода эволюции. Теперь, новое исследование показывает, что такие гены, также называемые транспонируемыми элементами, играют другую, более удивительную роль: стабилизацию трехмерных структур сворачивания молекулы ДНК внутри ядра клетки.
Молекула ДНК внутри ядра любой человеческой клетки имеет длину около двух метров. Чтобы поместиться в таком маленьком пространстве, она должна складываться в точные петли, которые также определяют, как гены включаются или выключаются.
Может показаться нелогичным, что кусочки ДНК, которые случайным образом перемещаются по геному, могут обеспечить стабильность этих схем складывания. Действительно, открытие противоречит давнему предположению, что точный порядок букв в последовательности ДНК всегда диктует более широкую структуру молекулы ДНК.
«В тех местах, где большая трехмерная складка генома одинакова у мышей и людей, вы ожидаете, что последовательность букв ДНК, закрепляющих эту форму, будет сохраняться и там», — говорят исследователи. «Но это не то, что мы обнаружили, по крайней мере, в тех частях генома, которые в прошлом назывались «нежелательной ДНК»».
Изучая сворачивание ДНК в клетках крови мышей и человека, исследователи обнаружили, что во многих местах, где складки ДНК сохраняются в процессе эволюции, генетическая последовательность букв ДНК, устанавливающих эти складки, отсутствует. Она всегда слегка смещена.
Но эта меняющаяся последовательность, генетический оборот, не вызывает проблем. Поскольку структура в основном остается неизменной, функция, по-видимому, тоже, так что ничего важного не меняется.
«Мы были удивлены, обнаружив, что некоторые молодые перемещаемые элементы служат для поддержания старых структур», — говорят ученые. «Конкретная последовательность может отличаться, но функция остается той же. И мы видим, что это происходило многократно за последние 80 миллионов лет, когда общие предки мышей и людей впервые стали отличаться друг от друга».
Тот факт, что новый транспонируемый элемент может вставлять себя и выполнять ту же роль, что и существующий, создает избыточность регуляторных частей генома — областей молекулы ДНК, которые определяют, как и когда гены включаются или выключаются.
По мнению исследователей, такая избыточность делает геном более устойчивым. Обеспечивая как новизну, так и стабильность, прыгающие гены могут помочь геному млекопитающих достичь жизненно важного баланса — позволяя животным гибко адаптироваться к изменяющемуся климату, например, сохраняя биологические функции, необходимые для жизни, защищая от повреждения ДНК, вызванного жизнью и размножением на Земле в течение длительного периода времени, измеряемого десятками-сотнями миллионов лет.
Тем не менее, исследователи тщательно различали части генома, которые содержат гены, ответственные за производство белков, и остальную часть генома.
В генах, кодирующих белки, генетическая последовательность и структура сохраняются, и новое исследование не противоречит этому. Однако другие исследования показывают, что прыгающие гены в небелковых кодирующих областях генома следуют иным правилам сохранения, чем гены, кодирующие белок.