Древната вирусна ДНК втисната во нашиот геном долго време се сметаше за „генетски отпад“, но можно е таа да има значајна улога во регулирањето на генската експресија, открива нова меѓународна студија на научници.
Фокусирајќи се на семејство на секвенци наречени MER11, истражувачи од Јапонија, Кина, Канада и САД покажаа дека овие елементи еволуирале за да влијаат на вклучувањето и исклучувањето на гените, особено во раниот човечки развој, и дека тие претставуваат важен таен код во нашиот геном, пишува Science Daily
Транспозон (транспонирачки елемент или TE) е повторувачка ДНК секвенца во геномот што потекнува од древните вируси. Во текот на милиони години, тие се ширеле низ геномот преку механизми за копирање и лепење. Денес, TE сочинуваат речиси половина од човечкиот геном. Иако некогаш се сметало дека немаат корисна функција, неодамнешните истражувања открија дека некои од нив дејствуваат како „генетски прекинувачи“, контролирајќи ја активноста на блиските гени во специфични типови клетки.
Сепак, бидејќи TE се многу повторувачки и честопати се речиси идентични по секвенца, нивното проучување е тешко. Особено, помладите TE семејства како што е MER11 се лошо категоризирани во постојните геномски бази на податоци, ограничувајќи ја нашата способност да ја разбереме нивната улога.
Нов метод на класификација
За да го надминат ова, истражувачите развија нов метод за класификација на TE. Наместо да користат стандардни алатки за анотација, тие ги групираа MER11 секвенците врз основа на нивните еволутивни врски и колку добро се зачувани во геномите на приматите. Овој нов пристап им овозможи да ги поделат MER11A/B/C во четири различни подфамилии, именувани MER11_G1, MER11_G2, MER11_G3 и MER11_G4, подредени од најстарата до најмладата.
Хромозоми
Оваа нова класификација откри претходно скриени модели на потенцијал за регулација на гени. Истражувачите ги споредија новите MER11 подфамилии со различни епигенетски маркери, кои се хемиски ознаки на ДНК и поврзаните протеини кои влијаат на активноста на гените. Ова покажа дека оваа нова класификација подобро се совпаѓа со вистинската регулаторна функција во споредба со претходните методи.
За директно тестирање дали MER11 секвенците можат да ја контролираат генската експресија, тимот користел техника наречена lentiMPRA (лентивирусен масивно паралелен репортерски тест). Овој метод овозможува илјадници ДНК секвенци да се тестираат одеднаш со нивно вметнување во клетките и мерење колку секоја од нив ја подобрува генската активност. Истражувачите го примениле овој метод на речиси 7.000 MER11 секвенци од луѓе и други примати и ги измериле нивните ефекти во матичните клетки и нервните клетки во рана фаза.
Резултатите покажале дека MER11_G4 (најмладата подсемејство) покажала силна способност да ја активира генската експресија. Исто така, имал посебен сет на регулаторни „мотиви“, кои се кратки делови од ДНК кои служат како места за врзување за транскрипциски фактори, протеини кои контролираат кога гените се вклучени. Овие мотиви можат драматично да влијаат на тоа како гените реагираат на развојните или еколошките сигнали.
Понатамошната анализа покажала дека MER11_G4 секвенците кај луѓето, шимпанзата и макаките акумулирале малку различни промени со текот на времето. Кај луѓето и шимпанзата, некои секвенци стекнале мутации кои би можеле да го зголемат нивниот регулаторен потенцијал во човечките матични клетки.
„Младиот MER11_G4 се врзува за посебен сет на транскрипциски фактори, што укажува дека оваа група стекнала различни регулаторни функции преку промени во секвенцата и придонесува за видообразување“, објаснил д-р Шун Чен, водачот на истражувањето.
Секвенционираниот геном и тајните на ДНК
Студија нуди модел за разбирање како „отпадната“ ДНК може да еволуира во регулаторни елементи со важни биолошки улоги. Следејќи ја еволуцијата на овие секвенци и директно тестирајќи ја нивната функција, истражувачите покажаа како древната вирусна ДНК била кооптирана за да ја обликува генската активност кај приматите.
„Нашиот геном е секвенциониран одамна, но функцијата на многу од неговите делови останува непозната. Се смета дека транспонирачките елементи играат важна улога во еволуцијата на геномот и се очекува дека нивната важност ќе стане појасна како што напредува истражувањето“, рекол д-р Фумитака Инуе, еден од истражувачите.
