Изучена эволюция сломанных генов

Помимо кодирующих белки генов, ДНК также содержит псевдогены, или сломанные гены, которые утратили кодирующую функцию. Вследствие этого отбор перестает их отбраковывать, так как любые мутации в них уже никакого вреда не наносят. В своей новой работе российские биологи подтверждают этот факт и, вместе с тем, показывают, что на некоторые из псевдогенов слабый отбор все-таки продолжает действовать. Об этом сообщается в статье сотрудников МГУ имени М.В. Ломоносова и Сколковского института науки и технологий, опубликованной в журнале Genome Biology and Evolution.

Бывает, что работа какого-то белка перестает играть ключевую роль в приспособленности и выживаемости организма (например, из-за того, что условия среды изменяются). Тогда мутации в гене, кодирующем этот белок, не так важны для организма. В геноме людей может быть до сотни неработающих аллелей. Примерно 21-27 из них выключены из-за нонсенс-мутаций. Свое название, буквально переводящееся как «бессмысленные», этот тип мутаций получил из-за того, что он лишает ген «смысла», то есть производимого белка. Нонсенс-мутации — это тип мутаций, приводящий к появлению стоп-кодона, на котором синтез белка останавливается. Они могут появляться по разным причинам: это и замены, и вставки, и удаления «букв» генетического кода.

«Ученым уже давно известен факт, что после того, как в гене произошла очень вредная мутация, например, нонсенс-мутация, он перестает "работать" и превращается в псевдоген, — рассказывает соавтор статьи Надежда Потапова из МГУ. — При этом отрицательный отбор (вычищающий вредные мутации из генофонда) перестает на него воздействовать и несинонимичные мутации (приводящие к замене аминокислоты в белке) начинают накапливаться в гене с той же скоростью, что и синонимичные (не приводящие к замене аминокислоты). Об этом ранее косвенно упоминалось во многих работах, где приводились единичные примеры, но полноценного исследования эффекта нонсенс-мутаций не проводилось».

Большое количество аллелей с нонсенс-мутациями (или нонсенс-аллелей) наводит ученых на мысль, что они могут быть и не настолько «бессмысленными». Уже описано несколько молекулярных механизмов, которые хотя бы частично сохраняют функцию казалось бы неработающего гена. При этом нонсенс-аллели отличаются от мутаций, ведущих к замене аминокислоты на другую, своей вредностью. Они в три раза чаще приводят к заболеваниям, встречаются реже, у них часто есть дополнительные копии в геноме (паралоги), что делает вред от поломки одной из них незначительным.

Биологи изучили геномы замбийских популяций Drosophila melanogaster, в которых в среднем присутствует 35 нонсенс-мутаций. Они сфокусировались только на тех нонсенс-аллелях, которые появились из-за замены одного нуклеотида. Оказалось, что у дрозофил на те участки кодирующей ДНК, в которых есть нонсенс-мутации, не действует отрицательный (снижающий их частоту в популяции) отбор. Однако на некоторые нонсенс-аллели очень слабое давление отбора все же распространяется. Причиной этого может быть альтернативный сплайсинг — другие способы «прочтения» того же участка ДНК и, соответственно, получение несколько иного белка. Биологи предполагают, что благодаря альтернативному сплайсингу функции некоторых генов сохраняются хотя бы частично, поэтому отрицательный отбор все же действует на их.

«Мы использовали данные геномов плодовой мушки Drosophila melanogaster, на которых показали, что нонсенс-мутации действительно "выключают" одноэкзонные гены (не содержащие вставок–интронов, которые при синтезе белка вырезаются) и те начинают с одинаковой скоростью накапливать синонимичные и несинонимичные мутации, — поясняет Потапова. — В многоэкзонных генах (генах с несколькими интронами), по-видимому, страдает только экзон с мутацией, а остальные продолжают оставаться под воздействием несколько ослабленного отрицательного отбора».

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.