В нашем ДНК есть скрытый код, и ученые его расшифровали

Когда мы думаем о ДНК, то обычно возникает образ «книги жизни» — последовательности генов, которые определяют, как мы выглядим и как функционирует наш организм. Однако почти половина человеческого генома долгое время была известна как «генетический мусор»: участки, которые не кодируют никакие белки и, казалось, не несут никакой полезной информации.

Но новое исследование международной группы ученых заставляет по-новому взглянуть на эти загадочные участки. Они нашли убедительные доказательства того, что «мусорный» участок ДНК, известный как MER11, на самом деле играет важную роль в управлении активностью генов, особенно в ранних стадиях развития человека.

В 1940-х годах ученый Барбара Макклинток открыла так называемые транспозоны — участки ДНК, которые умеют «перепрыгивать» с одного места в геноме на другое. Позже их прозвали «прыгающими генами» или транспозируемыми элементами (ТЭ). Сначала открытие было встречено скептически, но сейчас известно, что такие элементы есть почти у всех живых организмов, включая человека.

В нашем геноме транспозоны занимают около 45% всей ДНК! На первый взгляд они выглядят как лишние повторы и остатки древних вирусов, проживших в наших предках миллионы лет назад. Из-за своей повторяющейся и похожей друг на друга структуры многие их считали просто мусором.

Ученые отметили, что̆ эти транспозоны могут действовать как «генетические выключатели» — контролировать, когда и где включаются соседние гены. Но из-за своей «однообразности» и отсутствия чёткого разделения они долгое время оставались скрытыми от глаз исследователей.

Теперь же команда разработала новую систему классификации MER11, которая не полагается на стандартные методы, а исследует их эволюционные отношения и сохранность среди приматов. Они выделили четыре основные подгруппы MER11 — MER11_G1, MER11_G2, MER11_G3 и MER11_G4 — от самых старых до самых молодых с точки зрения появлении в геноме.

Этот «эволюционный разбор» помог обнаружить ранее неизвестные закономерности в регуляции генов.

Чтобы понять, влияет ли MER11 на активность генов, ученые использовали технологию lentiMPRA — метод, который позволяет одновременно проверить тысячи участков ДНК и измерить, как сильно каждый из них активирует гены.

Анализ почти 7000 последовательностей MER11 из разных видов приматов показал, что именно подгруппа MER11_G4 особенно эффективно запускает активность генов в стволовых клетках человека и нейронных клетках раннего развития.

Участки MER11_G4 содержат особые «регуляторные мотивы» — короткие участки ДНК, к которым могут прикрепляться белки-транскрипционные факторы. Эти факторы — словно «переключатели», определяющие, когда гены должны включаться или выключаться.

Ученые заметили, что у людей, шимпанзе и макак эти мотивы в MER11_G4 немного отличаются друг от друга, что влияет на взаимодействие с разными транскрипционными факторами.

Особенно интересно, что у человека и шимпанзе появились мутации, которые делают эти участки более активными в регуляции генов. Изменения в MER11_G4 могли помочь сформировать уникальные особенности развития мозга у человека, а также способствовать эволюционному разделению видов.

Это исследование меняет наше понимание ДНК. То, что раньше считалось «мусором», на самом деле содержит скрытый код — сложную систему управления генами, которая отвечает за важные процессы в раннем развитии и, возможно, даже за формирование нашего вида.

Расшифровка такого скрытого кода — важный шаг на пути к пониманию того, что делает нас именно нами.

Результаты опубликованы в журнале Science Advances.