Новый тип внехромосомной ДНК найден в животных клетках

Учёные обнаружили в человеческих и мышиных клетках небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие отдельно от хромосом. По предварительной гипотезе, эта ДНК может быть мусором, оставшимся от ДНК-репарирующих и реплицирующих молекулярных машин.

Специалисты из Университета Виргинии (США) нашли в клетках человека внехромосомную ДНК, слегка напоминающую бактериальные плазмиды. У бактерий почти вся генетическая информация находится в хромосоме, но некоторые важные гены могут располагаться на небольших кольцевых молекулах ДНК. Эти молекулы называются плазмидами, они часто совершают путешествия между бактериальными клетками, и удвоение плазмид происходит независимо от основной, хромосомной ДНК.

Оказалось, что похожие молекулы есть и у эукариот: исследователи нашли небольшие кольцевые ДНК в клетках мыши и человека. В ходе эксперимента учёные выделяли ДНК клеток мозга мыши и расщепляли все линейные молекулы, из которых состоят хромосомы. В итоге им удалось засечь нерасщепляемую фракцию ДНК, которую составляли кольцевые молекулы длиной 200–400 пар нуклеотидов. Ранее уже появлялись сообщения о внехромосомной ДНК у эукариот, от растений до человека. Но на этот раз исследователи обращают внимание на важное обстоятельство: последовательность молекул ДНК, которые обнаруживали раньше, состояла из множества повторов, тогда как новая фракция ДНК (её назвали микроДНК) состоит из неповторяющихся последовательностей.

Первоначальной целью учёных было исследовать внутрихромосомные перетасовки генов, и обнаружение микроДНК стало побочным результатом. Сами авторы говорят, что её количество, распространённость и особенности строения стали для них сюрпризом. Такая же ДНК была обнаружена и в линиях человеческих клеток. Оказалось, что микроДНК обнаруживается в тех клетках, где высока вероятность микроделеций: очевидно, вырезанные из хромосомы участки продолжают существовать в виде кольцевых молекул. Их последовательность напоминает лидерные регуляторные области генов, фрагменты промоторов и экзоны. В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи выдвигают предположение, что появление такой микроДНК может быть связано с процессом формирования хромосом. Хромосомная ДНК оборачивается вокруг комплекса белков-гистонов, и размер одного такого витка совпадает со средним размером микроДНК. Возможно, при укладке хромосом от гена случайно отрезается лидерный конец вместе с регуляторными последовательностями и первым экзоном.

Возможно, микроДНК могут образовываться во время репликации или репарации хромосомной ДНК — тогда эти кольцевые молекулы, скорее всего, являются обрезками, мусором, который по каким-то причинам остался неутилизированным. Возможно, репарирующие и реплицирующие машины работают не так точно, как о них думают, раз уж эти микроДНК сопровождают микроделеции в хромосомных молекулах. Во всяком случае пока что кажется маловероятным, что эти внехромосомные элементы, подобно бактериальным плазмидам, несут какую-то необходимую для клетки информацию. Кроме того, результаты указывают на ненадёжность молекулярно-генетических анализов, проводимых на основе ДНК клеток крови. Ведь если мы имеем дело с каким-нибудь неврологическим заболеванием, то причиной ему могут быть молекулярные неполадки в клетках мозга. И при этом саму микроДНК, указывающую на наличие таких неполадок, можно обнаружить только в нервных клетках, но никак не в кровяных.

Подготовлено по материалам The Scientist.