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

 
Ли Биллингс
«5 000 000 000 лет одиночества». Глава из книги


А. Панчин
«Сумма биотехнологии». Глава из книги


И. Левонтина
«О чем речь». Главы из книги


А. Захаров
Нейрогастрономия


А. Водовозов
С запахом горького миндаля


В. Власюк
50 лет САО


Ч. Уилан
«Голая статистика». Главы из книги


Интервью М. Гельфанда с С. Шлосманом
«Замечательная статья» значит только то, что она содержит замечательный результат


П. Лекутер, Д. Берресон
«Пуговицы Наполеона». Глава из книги


Д. Вибе
Телескопы с жидкими линзами: как это работает







Главная / Новости науки версия для печати

В геномах млекопитающих найдены сотни неизвестных ранее генов


Схема «упаковки» ДНК в ядре клетки. Молекулы специализированных белков — гистонов — собираются в комплекс, на который «наматывается» ДНК. Рис. с сайта ru.wikipedia.org
Схема «упаковки» ДНК в ядре клетки. Молекулы специализированных белков — гистонов — собираются в комплекс, на который «наматывается» ДНК. Рис. с сайта ru.wikipedia.org

Новые методы анализа генома позволили выявить у млекопитающих более полутора тысяч неизвестных ранее генов. Эти гены кодируют не белки, а большие молекулы РНК, выполняющие различные регуляторные функции. Новооткрытые гены демонстрируют высокий уровень сходства (консервативности) у разных млекопитающих, что свидетельствует об их важном функциональном значении. Ранее было известно лишь около десятка таких генов. Как выяснилось, большие регуляторные РНК выполняют в клетках млекопитающих широкий круг задач — от регуляции клеточных делений до управления свойствами стволовых клеток.

В последнее время появилось множество данных, свидетельствующих о том, что в клетках млекопитающих подвергаются «прочтению» (транскрипции) не только те участки генома, которые кодируют белки или известные функциональные молекулы РНК (рРНК, тРНК, микроРНК и др.), но и многие другие участки, не содержащие, казалось бы, никакой полезной информации.

Иными словами, клетка зачем-то производит множество транскриптов (молекул РНК, синтезированных на матрице ДНК), функции которых совершенно непонятны. Многие эксперты предполагали, что эти транскрипты — не более чем «мусор», случайный побочный результат работы ферментов РНК-полимераз, ответственных за транскрипцию (см.: Изучение генома человека вступает в новую фазу, «Элементы», 20.06.2007).

Лишь у десятка больших некодирующих молекул РНК (они получили название large intervening non-coding RNAs, lincRNAs) были обнаружены какие-либо функции. Оказалось, что они участвуют в регуляции работы генов и транспорта веществ из цитоплазмы в ядро, помогают инактивировать «лишнюю» Х-хромосому у самок и осуществлять геномный импринтинг. Зачем нужны все остальные некодирующие транскрипты, до сих пор оставалось загадкой.

В последнем номере журнала Nature большая группа американских ученых сообщила о разработке эффективного метода, позволяющего проводить широкомасштабный поиск генов функциональных lincRNA. Метод основан на анализе структуры гистона H3 — одного из белков, на который «наматывается» ДНК в ядре эукариотической клетки (см. хроматин). Исследователи обнаружили, что все гены, считываемые ферментом РНК-полимеразой II (этот фермент транскрибирует подавляющее большинство генов у эукариот), можно идентифицировать по особым «меткам» (см. chromatin remodeling), которые клетка ставит на молекулах гистона H3. Те молекулы H3, на которые намотана промоторная область гена, метятся путем метилирования остатка аминокислоты лизина, занимающего 4-ю позицию в молекуле гистона. Кроме того, вдоль всей транскрибируемой части гена в молекулах H3 метилируется другой лизин, занимающий 36-ю позицию.

Эти метки можно обнаружить при помощи специально выведенных антител, которые распознают метилированные молекулы H3 в составе хроматина и присоединяются к ним (см. Immunoprecipitation). Обнаруженный таким образом ген можно потом отсеквенировать (определить последовательность нуклеотидов).

При помощи этого метода можно выявить все гены, транскрибируемые РНК-полимеразой II. Понятно, что бoльшая их часть — это давно известные гены, кодирующие белки или функциональные РНК. Но если из общего числа выявленных таким способом генов отбросить все ранее известные (а в мышином геноме вряд ли остались неизвестные белок-кодирующие гены), то оставшиеся, скорее всего, и будут искомыми генами lincRNA.

При помощи этого метода исследователи нашли в геноме мыши около 1600 предполагаемых новых генов длиной не менее 5000 нуклеотидов каждый (более мелкие гены просто игнорировались) и определили их нуклеотидные последовательности.

Теперь нужно было доказать, что это действительно рабочие гены, то есть что клетка их реально транскрибирует. Для этого из нескольких типов мышиных клеток выделяли РНК и проверяли, есть ли среди них молекулы, соответствующие по последовательности нуклеотидов найденным новым генам (см. DNA microarray). Результат оказался положительным — следовательно, найденные гены работают.

Следующим шагом стал поиск похожих последовательностей в геномах других млекопитающих. Результат тоже оказался положительным, причем выяснилось, что гены lincRNA отличаются довольно высокой консервативностью. Это значит, что они мало менялись в ходе эволюции млекопитающих. Консервативность является признаком того, что данный участок ДНК важен для организма, и большинство возникающих в нём мутаций отсеивается отбором. Уровень консервативности новых генов оказался примерно таким же, как у десятка найденных ранее генов lincRNA. Этот уровень ниже, чем у белок-кодирующих генов, но значительно выше, чем у всех прочих участков некодирующей ДНК, не имеющих известных функций. Консервативность генов функциональных РНК в целом ниже, чем у белок-кодирующих генов, потому что функциональные молекулы РНК более толерантны к изменениям своей нуклеотидной последовательности, чем белки — к изменению своей аминокислотной последовательности. Иными словами, мутации генов функциональных РНК гораздо реже оказываются вредными, чем мутации белок-кодирующих генов.

Промоторы генов lincRNA, как выяснилось, имеют точно такую же степень консервативности, как и промоторы белок-кодирующих генов. Это и понятно, ведь все эти гены считываются одним и тем же ферментом РНК-полимеразой II, которому нужно прикрепиться к промотору, чтобы начать транскрипцию.

Какие же функции выполняют в организме млекопитающих многочисленные lincRNA? Установить это напрямую крайне трудно, поэтому исследователи пошли обходным путем. Они проанализировали характер экспрессии генов lincRNA в разных органах и тканях и на разных стадиях эмбрионального развития. Известно, что «обычные», то есть белок-кодирующие гены сильно различаются по своей активности в разных клетках и в разное время. Одни наборы генов включаются, например, только во время клеточного деления, другие — только в клетках печени, третьи — при закладке какого-то определенного органа в эмбриогенезе и т. д. Оказалось, что гены lincRNA ведут себя точно так же. Были выявлены группы генов lincRNA, которые активизируются одновременно с определенными функциональными группами белок-кодирующих генов. Таким способом было показано, что lincRNA, по-видимому, участвуют в регуляции клеточных делений, в работе иммунной и нервной системы, в дифференцировке эмбриональных стволовых клеток, во многих других процессах эмбриогенеза, в образовании гамет (половых клеток), в росте мышц и т. д.

В ряде случаев функции lincRNA удалось продемонстрировать более определенно при помощи сложных экспериментов. Например, было известно, что белок p53 играет важную роль в исправлении повреждений в молекулах ДНК. Однако как именно он это делает, было неизвестно. Теперь выяснилось, что p53 распознает промоторы нескольких генов lincRNA и прикрепляется к ним, что ведет к резкому росту активности этих генов. Повреждение ДНК приводит к активизации 39 генов lincRNA, однако если отключить в клетках ген, кодирующий белок p53, то повреждение ДНК перестает стимулировать их активность. Каким образом lincRNA помогают чинить поврежденную ДНК, пока не ясно, но то, что они принимают в этом какое-то участие, не вызывает сомнений.

Механизмы действия lincRNA — то есть то, каким именно образом они влияют на клеточные процессы, — пока неизвестны, однако есть веские основания полагать, что многие из них участвуют в регуляции активности других генов. На это указывает, например, то обстоятельство, что среди белок-кодирующих генов, расположенных по соседству с генами lincRNA, резко повышен процент генов, кодирующих регуляторы транскрипции (транскрипционные факторы; белки, осуществляющие метилирование гистонов, и т. п.). Возможно, lincRNA каким-то образом «сотрудничают» с регуляторными белками — например, направляют их деятельность на те или иные участки геномной ДНК.

В последнее время новые функции молекул РНК открываются постоянно (см. ссылки внизу). Это очень хорошо согласуется с «теорией РНК-мира», согласно которой на ранних этапах эволюции жизни все функции, выполняемые ныне белками, выполнялись молекулами РНК. Если это действительно так и было, то следует ожидать, что и в современных клетках для РНК могло остаться много самых разных дел. Что и подтверждается многочисленными открытиями последних лет.

Источник: Mitchell Guttman, Ido Amit, Manuel Garber, Courtney French, Michael F. Lin, David Feldser, Maite Huarte, Or Zuk, Bryce W. Carey, John P. Cassady, Moran N. Cabili, Rudolf Jaenisch, Tarjei S. Mikkelsen, Tyler Jacks, Nir Hacohen, Bradley E. Bernstein, Manolis Kellis, Aviv Regev, John L. Rinn, Eric S. Lander. Chromatin signature reveals over a thousand highly conserved large non-coding RNAs in mammals // Nature. 2009. V. 458. P. 253–227.

См. также о транскрипции многочисленных некодирующих участков ДНК:
Изучение генома человека вступает в новую фазу, «Элементы», 20.06.2007.

О новооткрытых функциях РНК:
1) У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами, «Элементы», 11.05.2007.
2) РНК служит матрицей для исправления повреждений в ДНК, «Элементы», 21.05.2007.
3) Программа перестройки генома записана в РНК, «Элементы», 03.12.2007.
4) Сложные РНК-переключатели — новый механизм регуляции генов, «Элементы», 18.10.2006.
5) Новый механизм генной регуляции без участия белков, «Элементы», 25.05.2007.
6) Наследственная информация записана не только в ДНК, «Элементы», 01.06.2006.

Александр Марков


Комментировать



Последние новости: ГенетикаАлександр Марков

28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
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
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен
6.06
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
2.06
Обнаружено фундаментальное сходство между развитием актинии и развитием позвоночных
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий

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, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, 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, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 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