«Мусорная ДНК» оказалась важна в формировании мозга

Учёные раскрыли очередную загадку ДНК. Оказалось, что участки генома, которые не несут информации для кодирования белка и называются интронами, находятся в молекуле не просто так. Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Cell, выяснили, что интроны являются одними из важных звеньев в формировании мозга.

Credit: dileepdivakaran/Stockvault

ДНК – это определённая последовательность нуклеотидов, которая является первоисточником для формирования любого организма. Хромосома состоит из различных участков, каждый из которых выполняет свою определённую функцию. Так, промоторы запускают считывание информации, энхансеры стимулируют начатую транскрипцию, а сайленсеры тормозят или полностью прекращают синтез информационной РНК. Кроме этого, ДНК содержит псевдогены, участки, которые утратили свою кодирующую функцию, а также интроны – части молекулы без кодирующей информации (то, что в популярной литературе часто называют «мусорная ДНК», хотя этот термин не очень корректен) которые в процессе синтеза вырезаются специальными белками. У всех позвоночных интроны состоят из похожих последовательностей аминокислот.

Ультраконсервативные интроны (одинаковые у многих животных) открыты в 2004 году во время сравнения геномов человека, мыши и крысы. Во всех трёх последовательностях обнаружили 481 похожий «безинформационный» участок. Это удивило исследователей, ведь общий предок трёх видов жил около 200 миллионов лет назад, а в любой ДНК могут возникать мутации.

Учёные решили проверить, что же произойдет, если  общие для мыши и человека «безинформационные» участки просто удалить из генома. После такой манипуляции авторы пронаблюдали нарушения развития мозга и сбои на уровне экспрессии некоторых генов. Это указывает на запускающую, сходную с энхасерами, роль интронов в формировании новых последовательностей генов.

У мышей без ультраконсервативных интронных участков изменился мозг. При удалении одной такой последовательности взрослые животные имели очень малое количество нейронов в областях мозга, при изменении которых возникала большая вероятность развития нейродегенеративного заболевания — болезни Альцгеймера. При вырезании другого «глухого» участка нарушались другие области, связанные с запоминанием событий или развитием эпилепсии.

Накопление ошибок в генах происходит медленно, и чаще всего это плохо отражается на организме, поэтому носители не могут передавать некоторые мутации следующему поколению. По этой причине учёные считали, что участки не должны быть похожими настолько. И именно это большое сходство заставило их задуматься о возможной необходимости интронов, а новое исследование подтвердило эту гипотезу.

Текст: Екатерина Заикина

Ultraconserved Enhancers Are Required for Normal Development

By Diane E. Dickel, Athena R. Ypsilanti, Ramón Pla, Yiwen Zhu, Iros Barozzi,Brandon J. Mannion, Yupar S. Khin, Yoko Fukuda-Yuzawa, Ingrid Plajzer-Frick, Catherine S. Pickle, Elizabeth A. Lee, Anne N. Harrington, Quan T. Pham, Tyler H. Garvin, Momoe Kato, Marco Osterwalder, Jennifer A. Akiyama, Veena Afzal, John L.R. Rubenstein, Len A. Pennacchio, Axel Visel

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017