Удаление важнейших участков генома нисколько не вредит здоровью мышей

Самый длинный из ультраконсервативных участков в геномах человека, мыши и крысы — uc467 (длина — 731 пара оснований) и трансгенная мышь, у которой этот участок был удален. Рис. из синопсиса к обсуждаемой статье в PLoS Biology

В геномах человека, мыши и крысы имеются «ультраконсервативные», то есть абсолютно одинаковые у всех трех видов участки. Предполагается, что они кодируют какие-то очень важные функции, и поэтому любые изменения (мутации) в этих участках оказываются вредными и отсеиваются отбором. Однако удаление четырех ультраконсервативных участков из генома мышей не только не снизило жизнеспособность животных, но и не привело вообще ни к каким видимым (фенотипическим) изменениям. Вопрос о функции этих участков и причине их консерватизма остается открытым.

Хорошо, когда научное исследование отвечает на какой-то наболевший вопрос, что-то проясняет или подтверждает прежние догадки. Но в науке важную роль играют и работы другого рода, которые не проясняют, а еще хуже запутывают и без того сложную проблему. Именно к этой категории исследований относится статья американских генетиков, опубликованная в журнале PLoS Biology.

Три года назад в геномах человека, крысы и мыши было выявлено свыше 480 абсолютно идентичных участков длиной более 200 пар оснований каждый. По меньшей мере половина из них не кодируют никаких белков. Причиной столь высокого консерватизма нуклеотидных последовательностей теоретически может быть аномально низкий темп мутагенеза в этих участках или отбор, отсеивающий все уклонения. Сравнительно-генетическими методами было показано, что дело именно в отборе, а не в отсутствии мутаций. Было также замечено, что ультраконсервативные некодирующие участки чаще всего располагаются вблизи важных генов — регуляторов, и что по крайней мере некоторые из этих участков работают как энхансеры, то есть регулируют работу близлежащих генов.

Очевидно, что ультраконсервативные участки должны отвечать за какие-то жизненно важные функции, но какие — до сих пор не ясно.

Чтобы разобраться в этом, ученые создали 4 линии трансгенных мышей, в каждой из которых была удалена одна из ультраконсервативных некодирующих последовательностей. Дело это нелегкое: сначала нужно внести требуемое изменение в геном эмбриональных стволовых клеток, размножающихся в культуре, затем ввести генно-модифицированные стволовые клетки в мышиный эмбрион и вырастить химерных мышей, у которых некоторые части тела будут нести это изменение, затем определенным образом скрещивать между собой потомство этих мышей, чтобы получить линию, гомозиготную по данной делеции (то есть не имеющую данного ультраконсервативного участка ни в одной из двух копий генома).

Поэтому исследователи тщательно выбирали 4 ультраконсервативные последовательности для своего анализа, чтобы с наибольшей вероятностью получить видимый результат (и, таким образом, что-то узнать о функции удаленной последовательности). Были выбраны последовательности, для которых ранее была доказана энхансерная активность, то есть было показано, что они в принципе способны регулировать работу близлежащих генов. Другим критерием было присутствие по соседству с этими последовательностями важных генов, изменение структуры или активности которых приводит к заметным нарушениям развития или строения организма.

Результат получился парадоксальный. Ни в одной из четырех линий трансгенных мышей ученым не удалось выявить существенных отклонений от нормы. Всё у них оказалось в полном порядке: продолжительность жизни, вес тела, выживаемость потомства и плодовитость. 16 стандартных биохимических тестов показали, что с обменом веществ у этих мышей тоже всё в порядке. Более того, даже активность генов, прилегающих к удаленным участкам, практически не изменилась. Единственная патология, которую удалось обнаружить, состояла в том, что 2 из 102 обследованных мышей с удаленным ультраконсервативным элементом uc329 родились с одной почкой. «Нормальная» частота этой аномалии составляет 0,1%.

Таким образом, удаление четырех участков генома, которые по всем косвенным признакам чрезвычайно важны — настолько, что любые изменения в них неизменно отсекаются отбором, — по-видимому нисколько не повлияло на здоровье и жизнеспособность мышей. О причинах этого пока можно лишь гадать. Может быть, эти участки таковы, что небольшие изменения в них оказываются много вреднее, чем полное удаление. Но скорее всего дело в том, что истинная роль этих участков проявляется только в естественных условиях. Подопытные мыши всегда имели вдоволь пищи и были полностью защищены от всех невзгод и опасностей дикой жизни. Авторы не проверяли их поведенческие реакции, способность адаптироваться к стрессовым ситуациям, остроту чувств и интеллектуальные способности. Главное значение данного исследования в том, что оно сужает круг поиска: теперь ясно, что функции ультраконсервативных фрагментов генома не связаны ни с базовыми физиологическими отправлениями организма, ни с регуляцией индивидуального развития в нормальных (благоприятных) условиях.

Источник: Nadav Ahituv, Yiwen Zhu, Axel Visel, Amy Holt, Veena Afzal, Len A. Pennacchio, Edward M. Rubin. Deletion of Ultraconserved Elements Yields Viable Mice // PLoS Biol. 2007. 5(9): e234. Популярный синопсис: Are «Ultraconserved» Genetic Elements Really Indispensable?

Об ультраконсервативных последовательностях см. также:
Сравнение геномов человека и мыши помогло обнаружить новый способ регуляции работы генов, «Элементы», 21.04.2007.

Александр Марков