Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги


М. Кронгауз
«Русский язык на грани нервного срыва. 3D». Главы из книги


Р. Фишман
Истории мутантов: гомеозисные гены


С. Мац
Искривленное зеркало


Л. Полищук
Почему вымерли мамонты и гибнут сайгаки: история о вкладах


В. Кузык
Нос на батарейках


Д. Мамонтов
Взглянуть инопланетянам в глаза


А. Бердников
Машинная точность


Р. Фишман
Великий уравнитель


С. Амстиславский, Д. Рагаева и др.
Эмбрионы и артериальная гипертензия







Главная / Новости науки версия для печати

Эволюция регуляторных последовательностей ведет к эволюции видов


Современные методы позволяют увидеть экспрессию сразу нескольких генов в клетке. На этой фотографии эмбриона дрозофилы разными цветами показана «география» работы генов раннего развития, в том числе и регуляторных. У одного из этих генов — sog — обнаружены теневые энхансеры. Фото с сайта www.drosophila-images.org
Современные методы позволяют увидеть экспрессию сразу нескольких генов в клетке. На этой фотографии эмбриона дрозофилы разными цветами показана «география» работы генов раннего развития, в том числе и регуляторных. У одного из этих генов — sog — обнаружены теневые энхансеры. Фото с сайта www.drosophila-images.org

Американские ученые, работающие с геномами ранних зародышей дрозофил, обнаружили новый тип регуляторных нуклеотидных последовательностей — теневые энхансеры. Действие теневых энхансеров такое же, как и основных, только его можно обнаружить лишь при отключении основных энхансеров. Кроме того, теневые энхансеры расположены далеко от генов, работу которых они регулируют. Теневые энхансеры мутируют в среднем в 1,6 раз быстрее, чем основные. Широкая изменчивость свидетельствует об участии регуляторных механизмов в видообразовании.

Майкл Левин (Michael S. Levine) с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли (США) сообщили о результатах исследования регуляции генов раннего развития у дрозофил. Короткое сообщение в Science продолжает серию публикаций этой команды ученых по данной тематике. Исследования сфокусированы на анализе регуляции транскрипционного фактора Dorsal (DL) и возможном участии регуляторных механизмов в видообразовании. Белок DL отвечает за разделение брюшной и спинной стороны у ранних эмбрионов дрозофил. Важно было выяснить, во-первых, какие гены включаются этим транскрипционным фактором, и, во-вторых, определить в нуклеотидной последовательности места его прикрепления к ДНК, то есть сайты связывания.

Обе задачи решались хорошо отработанным ChIP-chip методом (см. о нём также здесь). Название метода расшифровывается как хроматин иммунопреципитация (Chromatin ImmunoPrecipitation, ChIP) с последующим определением выделенных последовательностей ДНК на стандартных микрочипах (chip). Исследования Левина с коллегами показали, что DL имеет сотни сайтов связывания, рассыпанных по всему геному, то есть активизирует экспрессию сотни генов. Кроме того, среди сайтов связывания DL нашлось около сорока энхансеров — кластеров сайтов связывания транскрипционных факторов, усливающих экспрессию одного гена (в широком смысле энхансером иногда называют и одиночный сайт связывания транскрипционного фактора). То есть энхансеры являются некодирующими регуляторными элементами, которые существенно активизируют транскрипцию генов. Подтвердить функциональность энхансеров удалось с помощью специально «сконструированных» трансгенных мутантных эмбрионов с выведенными из строя подозрительными участками ДНК. С помощью этих мутантов ученые выяснили, какие из нуклеотидных последовательностей работают в качестве энхансеров DL.

Но оказалось, что у генов, подчиненных DL, может быть даже не по одному, а по два энхансера. Как правило, энхансеры находятся вблизи (несколько тысяч пар нуклеотидных оснований) начала считывания гена, в некодирующих участках генома. Но в случае с DL-зависимыми генами их энхансеры могут располагаться и довольно далеко, в десятках тысяч пар нуклеотидных оснований от начала считывания, и вблизи других, индифферентных к DL, генов или даже внутри них. Такие необычные энхансеры были названы теневыми (shadow). Теневые энхансеры приданы, например, DL-зависимым генам brinker и sog (short gastrulation), отвечающим за рост и формирование органов в раннем развитии эмбриона. Соседние с теневыми энхансерами гены начинают экспрессироваться уже на более поздних стадиях развития эмбриона, поэтому очевидно, что транскрипционный фактор DL не имеет к ним никакого отношения. Отключив основные энхансеры мутациями, ученые показали, что их скрытые двойники определяют более или менее сходную картину экспрессии генов.

Картирование нуклеотидных последовательностей показывает, что считывание трети или даже половины генов, регулируемых транскрипционным фактором DL, может зависеть так или иначе от участия теневых энхансеров. Структура теневых энхансеров во многом сходна с основными, но отличия всё же имеются. Так, основные энхансеры для brinker содержат сайты связывания для трех транскрипционных факторов, при этом устойчивыми являются пары DL и Twist (связанный с DL другой транскрипционный фактор), а третий сайт с устойчивой последовательностью нуклеотидов (мотивом) CAGGTAG не связан с этими двумя. В теневом энхансере последовательность CAGGTAG оказалась связанной с DL. Для гена sog основные энхансеры не содержат сайтов связывания Twist, зато они встречаются в теневых энхансерах и в паре с DL, и в паре c CAGGTAG.

Положение сайтов связывания трех транскрипционных факторов генов brinker и sog. Пунктирными линиями обведены энхансеры, основные и теневые. Видно, что структура основных и теневых энхансеров отличается. Рис. из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science
Положение сайтов связывания трех транскрипционных факторов генов brinker и sog. Пунктирными линиями обведены энхансеры, основные и теневые. Видно, что структура основных и теневых энхансеров отличается. Рис. из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Чтобы оценить изменчивость энхансеров, ученые построили кладограммы 12 близких видов дрозофил отдельно для теневых и основных мотивов. Кладограммы построили и для энхансеров brinker, и для энхансеров sog. И далее по длине полученных кладограмм оценили скорость мутирования у основных и теневых энхансеров. Оказалось, что теневые энхансеры мутировали в среднем в 1,6 раз чаще, чем основные: brinker — в 1,8 раз, sog — в 1,4 раза.

Это означает, что теневые энхансеры более изменчивы и, таким образом, представляют больше материала для естественного отбора. Они могут менять места работы и активность транскрипционных факторов, настраивая системы организма к новым условиям. Ученые предполагают, что теневые энхансеры могут появляться в результате дупликаций некодирующих участков генома. Бессмысленные мутации в дубликате никак не отразятся на экспрессии генов, так как нормальное функционирование генов поддерживается основными энхансерами. Полезные мутации при этом могут стать запасным вариантом или начать работать в нестабильных или новых условиях. Поэтому появление новой копии регуляторного участка может стать начальным этапом видообразования.

Это на редкость технологичное и кропотливое исследование, оно включает комбинацию многих методик и этапов. Тут и иммунопреципитация хроматина, тут и определение нуклеотидных последовательностей, затем получение эмбрионов с нужными мутациями, анализ экспрессии белков в этих эмбрионах, биоинформатика с библиотеками генов и метаболических путей, построение кладограмм... Пока это очень сложный путь со множеством возможных препятствий, но он ведет к пониманию реальной роли регуляторных последовательностей в жизнеобеспечении организмов и их эволюции.

Источник: Joung-Woo Hong, David A. Hendrix, Michael S. Levine. Shadow Enhancers as a Source of Evolutionary Novelty // Science. 5 September 2008. V. 321. P. 1314. DOI: 10.1126/science.1160631.

См. также:
1) Gregory A. Wray, Cortney C. Babbitt. Enchancing gene regulation // Science. 5 September 2008. V. 321. P. 1300–1301.
2) F. Biemar et al. Comprehensive identification of Drosophila dorsal–ventral patterning genes using a whole-genome tiling array // Proceedings of the National Academy of Sciences USA (2006). V. 103. P. 12763–12768.
3) J. Zeitlinger et al. Whole-genome ChIP–chip analysis of Dorsal, Twist, and Snail suggests integration of diverse patterning processes in the Drosophila embryo // Genes & Development (2007). V. 21. P. 385–390.


Комментировать



Последние новости: ГенетикаЭволюцияЕлена Наймарк

2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
23.07
Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
7.07
В бирманском янтаре мелового периода найден вымерший убийца пауков
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия