Лишь 8,2% ДНК человека действительно «функциональны»

30.07.201415130

Всего лишь 8,2% человеческой ДНК, вероятно, отвечают за что-то важное, то есть, «функциональны», заявляют исследователи из Оксфордского Университета (Oxford University, Великобритания ).

Эта цифра значительно отличается от числа, объявленного в 2012 г., когда ученые из проекта ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements, Энциклопедия ДНК-Элементов) заявили, что около 80% нашего генома выполняют биохимические функции.

Такое заявление было противоречивым, как многие утверждали, а биохимическое определение «функции» – слишком широким: тот факт, что ДНК становится активной, не обязательно должен означать, что это будет иметь последствия; для подтверждения функциональности необходимо продемонстрировать, в чем заключается эта активность.

Чтобы выяснить это, группа исследователей из Оксфордского Университета обратила внимание на способность эволюции определять, какая активность ДНК важна, а какая нет. Они выявили, какая часть нашего генома избегала накопления изменений на протяжении более 100 млн. лет эволюции млекопитающих – явного указания, что эта ДНК важна и выполняет важные функции, которые необходимо сохранить.

«В основном дело заключается в различиях определения того, что есть «функциональная» ДНК, – говорит один из главных авторов публикации, профессор Крис Поинтинг (Chris Pointing), член Медицинского Исследовательского Консилиума Отделения Функциональной Генетики (MRC Functional Genomics Unit) при Оксфордском Университете, – Мы не думаем, что наша цифра значительно отличается от той, которую вы получите, исследуя базу данных ENCODE, применив наше определение функциональной ДНК».

«Но это не просто теоретическое доказательство туманного слова «функция». Эти определения имеют значение. Секвенируя геномы пациентов, нам пришлось бы обращать внимание на каждую мутацию, если бы наша ДНК была бы столь функциональна. Наоборот, принимая 8% ДНК функциональной, нам нужно учитывать лишь 8% выявленных мутаций, которые могут быть важны. С медицинской точки зрения, необходимо объяснить роль генетических вариаций человека в болезни», – поясняет Поинтинг.

Исследователи Крис Рандс (Chris Rands), Стефан Мидер (Stephen Meader), Крис Понтинг и Гертон Лантер (Gerton Lunter) сообщают о результатах своего исследования в публикации журнала PLOS Genetics. Работа была профинансирована Медицинским Исследовательским Консилиумом Великобритании (UK Medical Research Council) и фондом Wellcome Trust (Великобритания).

Исследователи использовали вычислительный подход для сравнения полных последовательностей ДНК различных млекопитающих: от мышей, морских свинок и кроликов до собак, лошадей и человека.

«В процессе эволюции этих видов от их общих предков в ДНК возникали мутации, а естественный отбор противостоял этим изменениям, сохраняя необходимые последовательности ДНК нетронутыми», – объясняет доктор Гертон Лантер из Центра Генетики Человека Wellcome Trust при Оксфордском Университете.

Идея ученых заключалась в том, чтобы проверить, где в геноме млекопитающих возникали инсерции (вставки) и делеции (выпадения) фрагментов ДНК. Можно ожидать, что это происходит случайным образом, за исключением тех участков, где действует естественный отбор, сохраняя функциональную ДНК, от которой делеции и инсерции находились бы на значительном расстоянии.

«Мы установили, что функциональны 8,2% генома человека. Мы не можем сказать, где в геноме располагается каждая функциональная частица, но наш подход в большой степени освобождает от предположений или гипотез. Например, он не зависит от того, что мы знаем о геноме или какой конкретный эксперимент используется для определения биологической функции», - говорит доктор Лантер.

Остальная часть генома – это остатки эволюционного материала, часть генома, претерпевшая потери или вставки в код ДНК, часто называемая «мусорной» ДНК.

«Мы ожидали, что вся наша ДНК должна что-то делать. В действительности, лишь небольшая ее часть выполняет важные функции», – комментирует Крис Рандс, первый автор исследования и в прошлом аспирант Отделения Функциональной Геномики при Медицинском Исследовательском Центре.

Но не все 8,2% одинаково важны, объясняют исследователи.

Чуть более 1% человеческой ДНК кодирует белки, отвечающие за почти все важные биологические процессы в организме.

Другие 7%, предположительно, участвуют в переключении генов, кодирующих белки – в разное время, в ответ на разные факторы и в разных частях организма. Они являются контролирующими и регуляторными элементами, и среди них различают множество различных типов.

«Вырабатываемые белки практически одинаковы в каждой клетке нашего организма с момента рождения до момента смерти. Какие именно белки включаются, где именно в организме и в какое время – необходимо контролировать, чем и занимаются другие 7%», – объясняет доктор Рандс.

Сравнивая геномы различных видов, исследователи установили, что в то время как белок-кодирующие гены очень консервативны у всех животных, в регуляторных областях отмечаются значительные изменения в последовательностях ДНК, из-за постоянных потерь и вставок.

Родственные млекопитающие имеют больше сходства в своей функциональной ДНК. Однако только 2,2% ДНК человека являются функциональными и сходны, например, с ДНК мышей – из-за значительного изменения их регуляторных участков ДНК более 80 млн. лет назад, когда произошло эволюционное разделение между двумя видами.

«Регуляторная ДНК эволюционирует более динамично, чем мы думаем, – говорит Лантер, – но даже при этом большинство изменений в геноме затрагивают «мусорную» ДНК и не являются значимыми».

Лантер объясняет, что, несмотря на то, что значительная часть функциональной ДНК не является общей для мышей и человека, мы не можем сказать, что является действительно новым и поясняет различия в видах, а где разница заключается лишь в системе переключения генов, приводящей к тому же результату.

«Возникает ощущение, что в механизмах контроля и удержания наших биологических процессов существует значительный избыток. Это подобно множеству различных выключателей в комнате, позволяющих включить свет», – соглашается профессор Понтинг.

«Тот факт, что у нас с мышью всего лишь 2,2% общей ДНК, еще не говорит о значительных различиях. Мы не настолько особенны. Наши фундаментальные биологические процессы очень схожи. Каждое млекопитающее имеет примерно одно и то же количество функциональной ДНК и, очевидно, такое же распределение функциональной ДНК, обладающей большей или меньшей важностью. Биологически люди в общем весьма ординарны», – добавляет профессор.

Модель ДНК (фото: © Mopic / Fotolia)

По материалам University of Oxford

Оригинальная статья:
Chris M. Rands, Stephen Meader, Chris P. Ponting, Gerton Lunter. 8.2% of the Human Genome Is Constrained: Variation in Rates of Turnover across Functional Element Classes in the Human Lineage. PLOS Genetics, 24 Jul 2014 DOI: 10.1371/journal.pgen.1004525


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей