Учёные нашли универсальный язык включения генов — и множество разных способов их выключить
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Клетки включают гены по единому принципу, который не менялся примерно два миллиарда лет. А вот механизмы выключения генов у разных ветвей жизни различаются кардинально. Это выяснили исследователи из Центра геномного регулирования (CRG) в Барселоне. Результаты опубликованы в журнале Nature Genetics. Об этом рассказывает издание Phys.org.
Авторы провели самый широкий на сегодня сравнительный анализ того, как разные формы жизни регулируют свои геномы. Впервые детально изучен хроматин — белковый каркас, управляющий чтением ДНК, — у нескольких крупных ветвей жизни, которые раньше почти не попадали в исследования: дискобантов, ризарий, ихтиоспорий и криптомонад.
ДНК каждой клетки обёрнута вокруг белков-гистонов. Небольшие химические метки на этих белках указывают клетке, какие участки ДНК читать, а какие игнорировать. Эта система — регуляция хроматина — позволяет одному и тому же геному создавать и клетку печени, и нейрон, и лист, и корень. Сбои в регуляции хроматина лежат в основе многих болезней человека, включая рак.
Химические метки возникли около двух миллиардов лет назад у последнего общего предка всех эукариот — LECA. Ферменты, которые добавляют и удаляют метки, широко распространены у растений, животных, грибов и микробов. Однако почти все прежние знания о работе хроматина получены на небольшом наборе лабораторных видов: человеке, мыши, дрозофиле, дрожжах и растении Arabidopsis. Большая часть разнообразия жизни оставалась неизученной.
Проект начался в 2017 году, когда Арнау Себе-Педрос и Дэвид Лара-Астиасо использовали метод iChIP для изучения хроматина гребневиков и пластинчатых. Позже они превратили его в метод iChIP2, который помечает хроматин множества видов уникальными молекулярными штрихкодами и считывает все образцы в одном эксперименте. С его помощью исследователи профилировали 12 химических меток у 12 видов, от амёб и водорослей до грибов, растений и морского анемона.
Оказалось, что сигнатура активного гена — картина меток в начале гена и вдоль его тела — почти идентична у всех исследованных видов. Сигнатура выключенного гена у разных линий различалась. Одни виды подавляют транспозоны одной меткой, а неиспользуемые гены — другой, другие виды используют одни и те же метки в одних участках. У почвенной амёбы Acanthamoeba химическая метка, которая у животных включает гены, оказалась перепрофилирована для их выключения.
Разнообразие систем выключения авторы связывают с древним конфликтом геномов с паразитической ДНК — транспозонами, или «прыгающими генами», и эндогенизированными вирусами. В геноме человека такие последовательности составляют примерно половину всей ДНК. Они копируют себя в новые места, иногда безвредно, иногда разрушительно. По словам Себе-Педроса, вид, полностью потерявший механизмы подавления, погибает.
Новый метод пригодится международным проектам по секвенированию геномов, таким как Earth BioGenome Project и программа Tree of Life Института Wellcome Sanger. Последовательность ДНК сама по себе мало говорит о том, как геном используется. Метод iCHIP2 открывает путь к изучению регуляции геномов у разных форм жизни.
