НОВОСТИ

 
23 мая 2014 г.

Знакомые всем по школьному курсу биологии инфузории-туфельки помогли разрешить одну из важных задач эпигенетики и задуматься о перспективах увеличения информационной емкости генома.

Коньюгирующие инфузории (окраска ацетокармином).

Коньюгирующие инфузории (окраска ацетокармином).

Эти одноклеточные известны тем, что половой процесс у них проходит без размножения, а размножение без полового процесса. Конъюгация, или половой процесс, впервые был описан 75 лет назад американским генетиком Трейси Соннборном, который наблюдал, как инфузории Paramecium двух разных линий слипались в большие комки и затем разбивались на пары. Каждую пару образовывали клетки противоположных типов спаривания, названные Е и О, или четный и нечетный. Но в результате такого парного общения никаких новых особей не появляется, поэтому и говорят, что это половой процесс, но без размножения.

Действительная цель же конъюгации – обмен генетической информацией. Инфузории отдают друг другу копию всей своей ДНК, однако при этом, несмотря на присутствие чужой ДНК, тип спаривания у инфузорий сохраняется тот же, что и был, и при дальнейшем размножении дочерние клетки будут принадлежать к тому же типу спаривания (грубо говоря, к тому же «полу»), что и материнская клетка.  

Схема материнского наследования типов спаривания.

Схема материнского наследования типов спаривания.

Почему так происходит? Отвечает на этот вопрос исследование, проведенное международной научной группой под руководством лидера в области молекулярной генетики инфузорий Эрика Майера. Результаты опубликованы в журнале Nature. 

Оказалось, что устойчивость типа спаривания обеспечивается тем же механизмом, что защищает геном инфузорий от транспозонов. У всех живых организмов есть ДНК, которая называется мусорной и функции которой до конца так и не выяснены. Однако известно, что заметную ее часть мусорной ДНК составляют транспозоны и прочие так называемые мобильные элементы – особого рода последовательности, которые могут случайным образом копировать самих себя и расселяться по геному.

Если такой транспозон вдруг прыгнет внутрь какого-нибудь гена, то с очень большой вероятностью этот ген просто перестанет работать. У человека известно 96 заболеваний, причина которых именно в таких вот прыгающих последовательностях. Для других организмов мигрирующая ДНК тоже не безопасна, а потому в ходе эволюции выработались особые механизмы, которые защищают жизненно важную ДНК от разрушительного действия транспозонов.  

Инфузории примечательны тем, что у них есть два ядра: макронуклеус, обеспечивающий повседневную жизнь одноклеточного, и микронуклеус, участвующий в половом процессе. С точки зрения качественного состава генов оба ядра одинаковы, просто в макронуклеусе содержится несколько копий хромосом инфузории, а микронуклеусе – только по две копии. Кроме того, в ДНК макронуклеуса вся мусорная ДНК удалена. И есть специальные молекулы, которые держат её под контролем, – это сканирующие РНК, или сканРНК. Они синтезируются в микронуклеусе, полностью перекрывая его геном. Затем отправляются в макронуклеус и сканируют его ДНК. Их цель – найти последовательности, которых раньше здесь не было. Если такая последовательность нашлась, сканРНК метят её как «лишнюю», то есть потенциально опасную. Затем специальные ферменты распознают эти метки и удаляют лишнюю ДНК из макронуклеуса. Так с помощью РНК-сканирования инфузории защищают от транспозонов гены, которыми они постоянно пользуются.

Поскольку разнообразные регуляторные РНК, к которым относятся и сканРНК, входят в число так называемых эпигенетических регуляторов генетической активности, то в этом случае можно говорить об эпигенетической защите от транспозонов. Аналогичные системы защиты генома от транспозонов, ключевую роль в которых играют малые РНК, недавно обнаружены и у многоклеточных животных.  

При чём же тут типы наследования? Эксперименты по генетическому анализу клонов-мутантов по типам спаривания, приведшие к выявлению мутации, которая нарушала экспрессию исследуемого гена у одного из таких клонов, проводил доцент Санкт-Петербургского государственного университета Алексей Потехин. Начавшееся в 2010 году сотрудничество с исследовательской группой Майера продолжается, и сейчас в СПбГУ осуществляется целый ряд проектов, связанных с исследованиями, которые проводит Майер и его коллеги в Париже.

«У инфузории-туфельки Paramecium tetraurelia обнаружен ген mtA, кодирующий белок, наличие которого определяет клетку инфузории к Е-типу спаривания. У клеток О-типа гена mtA нет, так как у него последовательность ДНК, содержащая промотор гена mtA, имеет небольшое случайное сходство с транспозонами, и может быть удалена из генома макронуклеуса наряду с настоящими транспозонами при РНК-сканировании. Если это происходит, то в следующих поколениях эта последовательность уже будет считаться ненужной и всегда удаляться при развитии макронуклеуса – ведь она уже утеряна из его «чертежа». В итоге ген mtA молчит, и клетка имеет наследуемый О-тип спаривания.

Оказалось, что древний механизм защиты генома от транспозонов вовлечен в регуляцию работы клеточных генов, обеспечивая, в частности, загадочное материнское наследование типов спаривания у инфузории-туфельки», – рассказал Алексей Потехин о деталях исследования.  

То есть молекулярный механизм, чья задача – следить за потенциально опасными транспозонами, может влиять и на активность обычных генов, если в них вдруг есть какое-то сходство с прыгающими ДНК-последовательностями. (В случае с инфузориями этими генами оказались те, что определяют тип спаривания.) При этом важную роль играет, каким чертежом руководствуется этот механизм, с чем он сравнивает проверяемую ДНК.

Инфузориям все равно, какого «пола» – О или Е им быть. Но возможно, что подобным образом регулируются и другие гены. Наличие такого эпигенетического механизма наследования признаков при помощи малых РНК открывает новые возможности для повышения информационной емкости генома, так как один и тот же ген можно прочитать разными способами или «выключить» в ряду поколений.

Источник: НАУКА И ЖИЗНЬ

Есть вопрос или комментарий?..


Ваше имя Электронная почта
Получать почтовые уведомления об ответах:

| Примечание. Сообщение появится на сайте после проверки модератором.


Вернуться в раздел НОВОСТИ

Регистрация ЛСCRO Биоконсалтинг предлагает любые виды услуг по юридическому оформлению лекарственных средств на территории РФ....
Открыть раздел Регистрация ЛС
ЦТМ г.СухумЦентр трансляционной медицины (ЦТМ) «Биоконсалтинг» г....
Открыть раздел ЦТМ г.Сухум
Подработка для студентов! Участие в медицинских-научных исследованиях. Исследования проводятся в течении 4-х дней (2+2 через 2 недели) (оплата от 3 000 рублей в день)....
Открыть раздел Вакансии
ЦТМ г.СухумЦентр трансляционной медицины (ЦТМ) «Биоконсалтинг» г....
Открыть раздел ЦТМ г.Сухум
Политика в области качестваОсновная цель деятельности Общество с ограниченной ответственностью «Биоконсалтинг» (далее ООО «Биоконсалтинг») – проведение токсикологических,...
Открыть раздел Политика в области качества
The LineAct Platform