Новое исследование геномов приматов показало, что сложность генетики человека возникла благодаря эволюционной «гонке вооружений» между ретротранспозонами, прыгающими по геному, и генами, которые пытаются их контролировать и подавлять. Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Круз впервые выявили у человека быстро эволюционирующие гены, кодирующие репрессорные белки, которые отключают те или иные ретротранспозоны. Об этом рассказывает журнал Nature.
«Кодирующих белки генов у людей примерно столько же, сколько у лягушек — двадцать тысяч, однако наш геном устроен гораздо сложнее, в нём больше уровней регулирования. Наше исследование объясняет, как возникли эти структуры», — отмечает руководитель научного коллектива Софи Салама (Sofie Salama).
Ретротранспозоны считаются останками древних вирусов, которые заражали первых животных Земли и в итоге включили свои гены в их геномы — теперь только там они способны размножаться, прыгая от одного участка к другому. Обычно этот процесс не имеет пагубных последствий для организма и приводит лишь к росту объёма генома (до 50 процентов его составляют мобильные генетические элементы). Однако иногда он мешает работе нормальных генов, что вызывает заболевания. Из-за высокой вероятности таких опасных событий естественный отбор благоприятствует эволюции механизмов, предотвращающих «прыжки» генов.
Выявленные репрессоры принадлежат к KRAB-белкам с «цинковыми пальцами»1 — крупнейшему в организме млекопитающих семейству ДНК-связывающих белков, подавляющих активность генов. В геноме человека эти белки кодируются, примерно, четырьмя сотнями генов, причём 170 из них возникли уже после того, как приматы выделились в отдельный отряд.
Учёные выяснили, что два белка в организме человека (ZNF91 и ZNF93) связывают и подавляют два крупных класса ретротранспозонов (SVA и L1PA), которые относительно недавно, по меркам генетики, активизировались у приматов. Реконструкция древних геномов этих животных показала, что 8—12 миллионов лет назад белок ZNF91 претерпел структурные изменения, благодаря которым он смог подавлять SVA.
Далее эксперименты с ZNF93 (антагонист L1PA) наглядно продемонстрировали, как развивается «гонка вооружений» между прыгающими генами и репрессорами. Один из недавно возникших типов L1PA утратил фрагмент ДНК, содержащий участок связывания с ZNF93 — и так стал неуязвимым для репрессора. В ответ на это следует ожидать новой модификации последних.
«KRAB-белки с «цинковыми пальцами» — это редкий класс белков, продолжающий бурно развиваться и эволюционировать в геномах млекопитающих. Это вполне оправданно: ведь мобильные генетические элементы сами постоянно меняются, чтобы уйти от репрессоров», — заявила Салама.
1Zinc finger proteins, белки с «цинковыми пальцами» — одна из основных групп ДНК-связывающих белков: являются регуляторами транскрипции, содержат характерный домен, который включает два цистеиновых и один гистидиновый остаток: эти аминокислоты взаимодействуют с ионом цинка, а расположенная между ними полипептидная цепочка выпетливается в виде «пальца». KRAB-белки с «цинковыми пальцами» называются так (Krüppel associated), т.к. кодируются геном [TBS_POPOVER placement=»top» title=»Krüppel» content=»Gap-ген (ген зазора), впервые описанный у дрозофилы; Krüppel в переводе с немецкого — «калека». У насекомых отвечает за становление части правильного плана строения тела на раннем этапе формирования эмбриона. Krüppel подавляет экспрессию других генов. Мутации в нём могут привести к отсутствию у личинки центральных сегментов тела.» style=»border: 1px solid #ddd; padding: 3px;»]Krüppel[/TBS_POPOVER] и Krüppel-подобными факторами (генами).