Представление о человеческом геноме придется пересмотреть

Коллективу исследователей из Массачусетского технологического института (США) вместе с коллегами из других мировых научных центров удалось напрямую увидеть генетическую «тёмную материю», о существовании которой ученые догадывались уже давно.

Предыдущие исследования, в которых сравнивались ДНК человека и мыши, косвенно указывали на существование значительного числа регуляторных последовательностей, которые сами не кодируют белки, но управляют активностью других генов. В отличие от уже известных и охарактеризованных регуляторов, их существование до сих пор оставалось в области гипотез.

В рамках нового исследования ученые пять лет занимались секвенированием и сравнением геномов 29 плацентарных млекопитающих, включая человека, слона, кролика и летучих мышей. Для двадцати из них последовательность геномной ДНК была получена впервые.

В первую очередь учёных интересовали те последовательности, которые мало изменялись от вида к виду. Именно высокая консервативность таких участков заставляла подозревать в них регуляторные последовательности.

В результате было обнаружено 10 000 высококонсервативных последовательностей, прямо влияющих на активность гена, и более 1 000 таких, которые служат основой для синтеза регуляторных РНК со сложной структурой. Учёные нашли также 2,7 миллионов участков — потенциальных мишеней для взаимодействия с факторами транскрипции, определяющих, где и когда гену нужно работать. Кроме того, было обнаружено 4 000 новых кодирующих последовательностей с информацией о белках.

Хотя человеческий геном и был полностью прочитан, функции многих ДНК-последовательностей остаются невыясненными. Имея дело только с одним геномом, почти невозможно сказать, какой участок сам кодирует белок, а какой выполняет регуляторную функцию. Однако, при сравнении с другими геномами такая задача вполне разрешима.

Исследователи получили возможность проследить за эволюцией млекопитающих на протяжении 100 миллионов лет на молекулярном уровне, поскольку адаптация организма к меняющимся условиям среды отражается в трансформациях в регуляции генома. Например, теперь можно узнать, какие гены сделали из обезьяны человека. Ранее их насчитывалось около 200. Часть из них отвечала за развитие мозга и строение конечностей. Сегодня количество таких последовательностей в ДНК возросло до 1 000.

Полученные данные пригодятся и в медицине. Большое число заболеваний связано с мутациями непосредственно в кодирующей области ДНК: эти мутации портят структуру самих белков. Но ещё больше болезней вызвано нарушением именно в регуляции активности генов — когда белок начинается синтезироваться там, где не надо, или не там, где надо. Поэтому новая, более подробная карта регуляторных элементов в геноме поможет ученым определить истинную причину многих заболеваний.