Новое исследование, опубликованное 15 января на Слушаниях Национальной академии наук, было во главе с исследователями в Санта-Крузе UC и Медицинском центре Университета Рочестера. Они описали сложную систему, которая регулирует те же самые гены таким же образом в обеих разновидностях, все же развитых независимо в этих двух происхождениях.В обоих случаях регулятивная система включает некодирующую РНК (последовательности, не переведенные на молекулы белка) с происхождением в сегментах ДНК, беспорядочно вставленных в геном «подскакивающими генами» (ретротранспозоны).«Это исследование подчеркивает важность некодирования РНК и взаимозаменяемых элементов в регулировании экспрессии гена и в эволюции сетей экспрессии гена в геномах млекопитающих», сказал соавтор Мануэль Арес, преподаватель молекулярных, клетки и биологии развития в Санта-Крузе UC.
Только приблизительно 2 процента генома человека скопированы в молекулы РНК посыльного, чтобы закодировать для белков, которые управляют главными процессами во всех клетках. Большая часть остальной части генома расшифрована в некодирование РНК, функция которой в основном неизвестна, но которая подозревается в игре множества ролей в регуляции генов и эволюции.Многие из этих некодирующих РНК скопированы с повторных последовательностей ДНК, названных короткими вкрапленными ядерными элементами (СИНУСЫ).
После того, как расшифрованный в РНК, они могут быть скопированы назад в ДНК и «приклеены» в геном в новых местоположениях в процессе, названном retrotransposition. Иногда эти новые копии земля в или около генов и могут повредить их.
Другие времена они могут добавить новые свойства к гену.В геноме человека главная семья СИНУСА сделана из так называемых «элементов Alu». Есть больше чем 1 миллион копий Alu, включая больше чем 10 процентов ДНК человека, рассеянной всюду по геному, и некоторые из них, вероятно, все еще в состоянии подскочить к новым местоположениям.У генома мыши, однако, нет Alus; вместо этого у этого есть отличный набор СИНУСОВ по имени элементы B/ID.
У различных геномов млекопитающих есть различные СИНУСЫ, потому что периодические взрывы retrotransposition различными СИНУСАМИ продолжали происходить после разделения различных разновидностей от их последних общих предков. В случае человека и мыши, их происхождения отличались приблизительно 90 миллионов лет назад.
«Удивительно, когда мышь и геномы человека были сравнены, местоположения СИНУСОВ были очень похожи, даже при том, что сами СИНУСЫ и события, которые разместили их в тех местоположениях, очень отличались», сказал Арес. «Интересно, что могло объяснить эту очевидную сходимость вставки СИНУСА в двух независимо развивающихся геномах».Лаборатория Линн Мэкуэт в Университете Рочестера нашла, что СИНУСЫ, которые сажают в части генетического кода хвосты РНК посыльного (названный 3-лучшим непереведенным регионом или 3 ‘-UTR) приносят mRNA под контролем белка под названием Staufen, который вниз – регулирует выражение гена процессом, названным «Staufen-установленный распад» или SMD. Отдельные примеры установленного СИНУСОМ SMD были ранее зарегистрированы и в человека и в клетки мыши в каждом случае с различными СИНУСАМИ.
Так как современные СИНУСЫ в человеке и геномах мыши не были в общем предке, все изменения в экспрессии гена, которые зависят от СИНУСОВ, должно быть, произошли после людей и мышей, отделенных, а не в их общем предке.«Обычно мы думаем о важных системах управления экспрессии гена как развивавшийся давно, но для регулирования установленным СИНУСОМ SMD, это не может иметь место», объяснил Арес. «Вопрос, который мы задали, был: Есть ли какие-либо случаи, где тот же самый ген у мыши и человека был принесен под установленным СИНУСОМ SMD, хотя используя различные СИНУСЫ в какой-то момент во время отдельных эволюционных историй мышей и мужчин? Если так, сколько?
И насколько распространенный является сходящаяся эволюция гена регулирующими сетями? Как часто СИНУСЫ играют роль в критически изменяющемся контроле за экспрессией гена?»
Эти вопросы исследовались в сотрудничестве между Рочестером и лабораториями UCSC, в которых предшествующие клетки мышц (myoblasts) от обоих организмов были проанализированы, чтобы опознать генные пары (мышь и человеческое генное кодирование для того же самого белка), которому вставили СИНУС в mRNA хвост и находился под контролем Staufen. Примеры таких генных пар в числах, больше, чем ожидалось случайно, сигнализировали бы о возможности сходящейся эволюции Staufen регулирующая сеть в myoblasts, где SMD, как известно, важен для генного контроля.В myoblasts исследователи смогли обнаружить 24 гена, которые и отрегулированы Staufen и имеют определенные для разновидностей СИНУСЫ. Это – минимальное число потенциально сходящихся пар, потому что не все гены выражены в myoblasts, отметил Арес.
Дополнительные эксперименты в газете подтверждают роль СИНУСА (удаляя его и показывая, что mRNA становится стабильным и нечувствительным к присутствию Staufen) для двух генных пар.