Naučnici upravo otkrili tajni kod skriven u našem DNK: Mislilo se da je ovo genetički otpad, ali...

Drevni virusni DNK utisnut u naš genom dugo je smatran „genetičkim otpadom“, ali moguće je da ima značajnu ulogu u regulisanju ekspresije gena, pokazala je nova međunarodna studija naučnika.

Fokusirajući se na porodicu sekvenci zvanu MER11, istraživači iz Japana, Kine, Kanade i SAD pokazali su da su se ovi elementi razvili tako da utiču uključivanje i isključivanje gena, posebno u ranom razvoju čoveka, i da predstavljaju značajan tajni kod u našem genomu, piše ScienceDaily.

Preporučujemo

Transpozon (transpozabilni element ili TE) je sekvenca DNK koja se ponavlja u genomu poreklom od drevnih virusa. Tokom miliona godina, oni su se raširili kroz genom mehanizmima „kopiraj“ i „nalepi“. Danas TE čine skoro polovinu ljudskog genoma. Iako se nekada smatralo da nemaju nikakvu korisnu funkciju, nedavna istraživanja su otkrila da neki od njih deluju kao „genetski prekidači“, kontrolišući aktivnost obližnjih gena u specifičnim tipovima ćelija.

Međutim, pošto su TE visoko ponavljajući i često skoro identični po sekvenci, njihovo proučavanje je teško. Konkretno, mlađe porodice TE kao što je MER11 slabo su kategorisane u postojećim genomskim bazama podataka, što ograničava našu sposobnost da razumemo njihovu ulogu.

Nova metoda klasifikacije

Da bi ovo prevazišli, istraživači su razvili novu metodu za klasifikaciju TE. Umesto da koriste standardne alate za anotaciju, grupisali su sekvence MER11 na osnovu njihovih evolutivnih veza i toga koliko su dobro očuvane u genomima primata. Ovaj novi pristup im je omogućio da podele MER11A/B/C na četiri različite potporodice, nazvane MER11_G1, MER11_G2, MER11_G3 i MER11_G4, poređane od najstarije do najmlađe.

Foto: Shutterstock / FOTOGRIN

Ova nova klasifikacija otkrila je prethodno skrivene obrasce potencijala za regulaciju gena. Istraživači su uporedili nove potporodice MER11 sa različitim epigenetskim markerima, koji su hemijske oznake na DNK i povezanim proteinima koje utiču na aktivnost gena. Ovo je pokazalo da se ova nova klasifikacija bolje poklapa sa stvarnom regulatornom funkcijom u poređenju sa prethodnim metodama.

Da bi direktno testirali da li sekvence MER11 mogu da kontrolišu ekspresiju gena, tim je koristio tehniku zvanu lentiMPRA (lentivirusni masovno paralelni reporterski test). Ova metoda omogućava da se hiljade DNK sekvenci testiraju odjednom tako što se ubacuju u ćelije i meri se koliko svaka od njih pojačava aktivnost gena. Istraživači su primenili ovu metodu na skoro 7.000 sekvenci MER11 od ljudi i drugih primata, i izmerili njihove efekte u matičnim ćelijama i neuralnim ćelijama u ranoj fazi.

Rezultati su pokazali da je MER11_G4 (najmlađa potporodica) ispoljila snažnu sposobnost da aktivira ekspresiju gena. Takođe je imala poseban skup regulatornih „motiva“, što su kratki delovi DNK koji služe kao mesta za vezivanje faktora transkripcije, proteina koji kontrolišu kada se geni uključuju. Ovi motivi mogu dramatično uticati na to kako geni reaguju na razvojne signale ili signale iz okoline.

Dalja analiza je otkrila da su sekvence MER11_G4 kod ljudi, šimpanzi i makakija tokom vremena akumulirale blago različite promene. Kod ljudi i šimpanzi, neke sekvence su dobile mutacije koje su mogle da povećaju njihov regulatorni potencijal u ljudskim matičnim ćelijama.

- Mlada MER11_G4 se vezuje za poseban skup faktora transkripcije, što ukazuje na to da je ova grupa stekla različite regulatorne funkcije kroz promene u sekvenci i doprinosi specijaciji – objasnio je dr Šun Čen, vođa istraživanja.

Sekvenciran genom i tajne DNK

Studija objavljena u Science Advances nudi model za razumevanje kako „otpadni“ DNK može da evoluira u regulatorne elemente sa važnim biološkim ulogama. Prateći evoluciju ovih sekvenci i direktno testirajući njihovu funkciju, istraživači su pokazali kako je drevna virusna DNK kooptirana da oblikuje aktivnost gena kod primata.

- Naš genom je sekvenciran davno, ali funkcija mnogih njegovih delova ostaje nepoznata. Smatra se da transpozabilni elementi igraju važnu ulogu u evoluciji genoma, i očekuje se da će njihov značaj postajati sve jasniji kako istraživanja budu napredovala – rekao je dr Fumitaka Inue, jedan od istraživača.

(Telegraf Nauka/ScienceDaily)