Присоединяйтесь к нашим группам

Ученые ищут уникальные человеческие гены

Ученые ищут уникальные человеческие гены
Геном человека полон уникальных генов, которые, возможно, играли важную роль в нашей эволюции.
14 10 2015
15:58

Геном человека содержит от 20000 до 25000 генов. Большинство из них старше наших видов на миллионы лет. Они имеют аналоги в шимпанзе, мышах, мухах, дрожжах и даже бактериях. Но некоторые гены присущи только человеческому организму. Ими являются особые человеческие гены, которые возникли в течение последних нескольких миллионов лет.

Эти гены, возможно, повлияли на образование тех отличительных черт, которые делают нас людьми, но по иронии судьбы, их очень трудно изучать, и часто они игнорируются вообще. Многие из них исчезли из эталонного генома человека, изучение которого якобы «завершилось» в 2003 году.

Одним из таких уникальных человеческих генов является HYDIN2. Он впервые появился около 3,1 млн лет назад в качестве дубликата гена HYDIN. В процессе дублирования «голова отпала, и хвост отпал», объясняет Макс Догерти из университета Вашингтона. Этот процесс похож на то, как будто кто-то переписывал книгу, но в процессе забыл переписать пролог и эпилог. Это стало роковой ошибкой, так как прологи генов содержат последовательности, называемые промоутерами, которые включают или выключают их. Новый ген, возможно, был мертв, он был книгой, которую нельзя было открыть.

Вместо этого он соединился с копией другого гена, который дал ему новую жизнь. Это слияние, которое Догерти описал во время конференции американского общества генетики человека в 2015 году, создало совершенно оригинальный ген, который выглядит как HYDIN, но с новым прологом и новой первой главой. И в то время как HYDIN, как и большинство наших генов, существует во многих других животных, его своенравная дочь HYDIN2 является только человеческой инновацией.

Она также стала и инновацией в мире. Догерти отметил, что, несмотря на относительно недавнее происхождение HYDIN2, его теперь можно найти в каждом живом человеке. Это особенно удивительно, так как этот ген попал в особенно турбулентную часть генома, который часто перестраивается или удаляется. Он имел все шансы исчезнуть, но все же выдержал испытание временем.

Оригинальный ген HYDIN играет важную роль во многих частях тела, включая мозг. «Мы считаем, что первоначальная функция была разделена», - говорит Эван Эйхлер, который возглавлял исследование. Он предполагает, что наследственный ген еще выполняет свои обычные функции в других тканях, поэтому мутации в HYDIN приводят к редкой болезни легких и дыхательных путей. Между тем, HYDIN2 взял на себя работу в головном мозге, поэтому он исключительно активен в нейронах. И его происхождение на заре появления человека, когда наш мозг еще не был большого размера, делает эту потенциальную роль еще более захватывающей.

Ученым по-прежнему необходимо подтвердить, что ген HYDIN2 действительно является функциональным. Но если Эйхлер прав, HYDIN2 присоединится к небольшой, но растущей группе генов, которые возникли через дупликации. Они являются уникальными для человека и выполняют важные функции в головном мозге. «Тот факт, что мы до сих пор продолжаем находить эти особые человеческие гены годы спустя после завершения проекта «Человеческий геном», удивительно для меня», - говорит Эйхлер.

Эйхлер начал интересоваться дублированными генами еще во времена своего студенчества в 1990 году. В 2002 году он создал карту дублирования нашего ДНК, на которой были представлены скопированные гены. С тех пор его команда характеризует эти последовательности во многих разных видах. Они поняли, насколько странными являются люди.

Дублированные гены составляют около 5% генома человека. Многие из них возникли в последние 10–15 миллионов лет, так как человек, шимпанзе и гориллы начали эволюционировать по-разному. На самом деле, мы, великие африканские обезьяны, имеем гораздо больше дублированных генов, чем, скажем, орангутанги или макаки. Никто до конца не понимает, почему.

Эти гены организованы очень необычным способом. Например, у других млекопитающих, таких как слоны, крысы и утконосы, копии генов, как правило, расположены рядом с оригиналами в последовательных рядах. Но у человека, шимпанзе и горилл они расходятся по всему геному.

Эти гены также имеют уникальную структуру. Представьте себе ген G1, который копируется в другой части генома, производя ген G2. Затем происходит другое дублирование гена G2, при котором создается еще одна копия G1 вместе с некоторыми новыми ДНК, окружающими его. Это происходит снова и снова; с каждым новым событием дублирования основные гены получают дополнительный материал. «Таким образом, строится обратная сторона печенья «Oreo», - говорит он.

Сливочной начинкой этого Oreo является то, что Эйхлер называет «ядром дупликации» - генами, которые начали каскад дупликаций. Они представляют собой быстро развивающиеся гены, которые являются уникальными для человека и других приматов, и, наверное, имели важные преимущества в ходе нашей эволюции. Они часто являются очень активными, особенно в нейронах.

Но «их функция представляет собой черный ящик», - говорит Эйхлер. В отличие от других старых генов, вы не можете разделить их роли в простых лабораторных животных, таких как мыши или мухи, потому что они не существуют там. Их вообще бывает трудно найти. Большинство традиционных методов секвенирования основаны на чтении небольших участков ДНК, которые затем могут быть объединены в единое целое. Но так как дублированные гены практически идентичны оригиналам, их части часто принимают за их предков и неправильно собирают. Они являются, как однажды сказал Эйхлер, «худшим кошмаром генетиков».

Таким образом, требуется много работы, чтобы обнаружить эти гены, не говоря уже об определении их божественной функции. Например, в 2010 году, команда Эйхлера определила 23 человеческих дублированных генов, которые не встречаются в других обезьянах. Один из них, SRGAP2, был продублирован трижды, производя копии, которые не встречаются в эталонном геноме человека.

Второй из них, SRGAP2C, особенно интересен. Он возник примерно 2,4 миллиона лет назад, в то время в нашей эволюции, когда человеческий мозг становился больше. И Франк Поле из научно-исследовательского института Скриппса показал, что SRGAP2C контролирует рост и движение нейронов, что приводит к более плотному набору связей между этими клетками.

Марта Флорио и Виланд Хуттнер из института молекулярной клеточной биологии и генетики общества Макса Планка нашли подобный пример в начале этого года. Они обнаружили, что дублированный человеческий ген ARHGAP11b был исключительно активным в радиальной глии, группе стволовых клеток, которые генерируют многие из нейронов в нашем развивающемся мозгу. Когда группа ученых активировала ген человека в эмбриональных мышах, у грызунов образовалась большая радиальная глия и виды глубоких складок, которые являются типичными для человеческого мозга.

Мыши не стали умнее, но эксперимент показал, что ARHGAP11B может внести свой вклад в большое эволюционное расширение человеческого мозга. «Для меня это яркий пример номер два», - говорит Эйхлер. «Теперь у нас есть SRGAP2 и ARHGAP11b, два специфических для человека гена, которые ведут к познавательной адаптации. Это довольно удивительные вещи». И если команда ученых сможет доказать, что HYDIN2 действительно является функциональным и влияет на нейроны, тогда будет три гена.

В то время как эти дублированные гены, возможно, способствовали развитию тех особенностей, которые сделали нас людьми, они также могли сделать нас более уязвимыми для болезней. Когда две части генома почти идентичны, это может привести к массовым перестройкам, в которых последовательности могут удваиваться, теряться или перемещаться.

Этот вид геномного хаоса потенциально может привести к заболеваниям, так как важные гены теряются или разрушаются. Действительно, Эйхлер доказал, что многие дублирования связаны с задержкой развития, аутизмом, шизофренией и эпилепсией. «Это как с минами, которые были посажены в геноме, и предрасполагают нас к целому ряду неврологических расстройств», - говорит он.

Эти гены по-прежнему загадочны, потому что они находятся в частях генома, которые трудно анализировать даже с помощью современных технологий. Поэтому, когда генетики ищут варианты в геноме, которые связаны с заболеваниями или физическими расстройствами, они часто умалчивают об этих дублированных генах. Но новые технологии начинают решать эти проблемы, говорит Эйхлер. Сейчас есть устройства, которые могут декодировать ДНК без необходимости сначала разбивать их на фрагменты.

«Технологии уже почти здесь», - говорит Эйхлер. «Я надеюсь, что я смогу узнать, что делают эти гены».


Источник: theatlantic.com





Liderweb
Фредди Бонилья, секретарь безопасности Гражданской Авиации Колумбии, сообщил, что расследование аварии самолета, потерпевшего крушение у берегов Колумбии с восходящей бразильской футбольной командой "Шапекоэнсе" (Chapecoense), считает, что в момент крушения в воздушном судне закончилось топливо.
02:30 | 02.12.2016
close Не показывать больше
Теперь читать новости на мобильном телефоне стало ещё удобнее
Скачай новое приложение obzor.press и всегда будь в курсе последних событий!