Сложнейшие пути превращения генов

«Мы считаем, что помимо внешних факторов — изменения климата, географическая изоляция и так далее — у эволюции есть внутренние движущие силы, — говорит Юрий Лебедев. – И ретроэлементы – одна из таких движущих сил. Эволюция специально держит этих внутригеномных паразитов в узде, чтобы они не очень-то хулиганили и не слишком размножались. Это уже не волки, это собаки, они одомашненные и помогают человеку «вести хозяйство». Иногда, попадая куда нужно в половых клетках, они приводят к изменениям. Если это полезное изменение, оно подхватывается естественным отбором и закрепляется».
( Но может быть вариант, когда что-то (кто-то!) извне регулирует перемещения ретроэлементов. А.С.)
Теперь исследователи активно ищут в геноме человека и шимпанзе не разные гены, а те, что отличаются по экспрессии. Таких найдено около 4 тыс. Юрий Лебедев и его коллеги разработали метод, позволяющий сравнивать участки генома человека и шимпанзе на предмет выявления ретроэлементов. Они выявили уже около 2 тыс. человеческих ретроэлементов, изменяющих экспрессию генов в разных тканях. Например, нашли все специфичные для человека так называемые длинные концевые повторы (LTR), определили места их вставки и гены, оказавшиеся рядом. Изучили роль наиболее молодых, специфичных для человека ретроэлементов, так называемых Alu-повторов. «Мы нашли, что, если в одной аллели гена появился Alu-повтор, — объясняет Юрий Лебедев, — этот аллель экспрессируется хуже, а иногда и полностью выключается. Но только в определенном типе клеток, в определенной ткани. Мы пытаемся понять, почему так происходит».
И выяснили любопытную вещь: максимальное внедрение «генных паразитов» происходило на основных развилках эволюции приматов. Например, в тот момент, когда ветвь человекообразных обезьян отделилась от узконосых обезьян (приблизительно 18 млн лет назад), и в тот момент, когда линия человека разделилась с линией шимпанзе (около 5,5 млн лет назад). Эти этапы сопровождались взрывным появлением ретроэлементов.( вот!)
Когда ученые расшифровали геномы человека и других видов приматов, то более всего поразило их сходство на генетическом уровне. Геном человека совпадает с геномом шимпанзе, например, на более чем 98%. В то же время между нами и нашими ближайшими родственниками есть принципиальные различия: человека характеризуют прежде всего способность к прямохождению, строение кисти руки, большой головной мозг и членораздельная речь.
Это значит, что эволюции не понадобилось создавать новые гены для появления человека. Достаточно было изменить работу уже имеющихся. «У человека как вида нет ни одного нового гена по сравнению с шимпанзе, — объясняет корреспонденту Infox.ru доктор биологических наук Юрий Лебедев, заведующий лабораторией сравнительной функциональной геномики Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова РАН. — Не обязательно нужны новые гены, чтобы перейти к прямохождению, изменить строение кисти, наконец, чтобы развился человеческий мозг и даже для того, чтобы возникла речь. Это все достигается на уровне регуляции».
Теперь исследователи активно ищут в геноме человека и шимпанзе не разные гены, а те, что отличаются по экспрессии. Таких найдено около 4 тыс. Юрий Лебедев и его коллеги разработали метод, позволяющий сравнивать участки генома человека и шимпанзе на предмет выявления ретроэлементов. Они выявили уже около 2 тыс. человеческих ретроэлементов, изменяющих экспрессию генов в разных тканях. Например, нашли все специфичные для человека так называемые длинные концевые повторы (LTR), определили места их вставки и гены, оказавшиеся рядом. Изучили роль наиболее молодых, специфичных для человека ретроэлементов, так называемых Alu-повторов. «Мы нашли, что, если в одной аллели гена появился Alu-повтор, — объясняет Юрий Лебедев, — этот аллель экспрессируется хуже, а иногда и полностью выключается. Но только в определенном типе клеток, в определенной ткани. Мы пытаемся понять, почему так происходит».
Есть методы, позволяющие определить возраст того или иного фрагмента в геноме, в том числе и ретроэлемента. Так что ученые смогли приблизительно оценить время появления тех или иных ретроэлементов в геноме человека. И выяснили любопытную вещь: максимальное внедрение «генных паразитов» происходило на основных развилках эволюции приматов. Например, в тот момент, когда ветвь человекообразных обезьян отделилась от узконосых обезьян (приблизительно 18 млн лет назад), и в тот момент, когда линия человека разделилась с линией шимпанзе (около 5,5 млн лет назад). Эти этапы сопровождались взрывным появлением ретроэлементов.
Генный паспорт на ретроэлементах
Ученые изучают и внутривидовой полиморфизм – разнообразие ретроэлементов в геномах разных людей. «Места вставки ретроэлементов могут служить молекулярно-генетическим маркером, который можно использовать для создания генного паспорта человека, — объясняет Infox.ru научный сотрудник лаборатории кандидат биологических наук Ильгар Мамедов. – В качестве такого маркера ретроэлементы имеют преимущества перед другими, так как их легко анализировать». Ученые нашли более сотни ретроэлементов, которые полиморфны в человеческих популяциях.
Они создали в интернете общедоступную базу данных о 2,5 тыс. ретроэлементов. Эту базу любой может использовать в своих исследованиях, она позволяет находить все ретроэлементы, расположенные рядом с каким-либо геном.
Инструмент для предсказания болезней и развития
Изучение ретроэлементов важно и для пополнения наших знаний о наследственных заболеваниях, так как многие заболевания вызваны изменением работы гена именно по этой причине. Ученые анализируют тканевую специфичность ретроэлементов у больных и здоровых, исследуя таким способом их связь с проявлениями болезни.
Ретроэлементы могут указать нам и на то, куда пойдет эволюция человека в будущем. Для этого надо проанализировать, в каких генах появились самые молодые ретроэлементы и как они меняют активность этих генов. Возможно, благодаря им мы в будущем станем более устойчивыми к загрязнению окружающей среды, а возможно, к инфекционным заболеваниям.