«Колпачки» на хромосомах насекомых помогут понять механизмы старения живых организмов

Биологи выявили, что у насекомых теломеры — защитные «колпачки», находящиеся на концах хромосом и защищающие их от разрушения, — крайне разнообразны в отличие от большинства других групп живых организмов. Обычно основу теломер составляют простые повторяющиеся кусочки ДНК, так называемые мотивы, каждый длиной в 5-7 нуклеотидов — «кирпичиков» теломер. Ученые обнаружили, что теломерные мотивы пчел, ос и наездников могут иметь от 1 до 11 нуклеотидов, а у мух нуклеотидов в 10-30 раз больше. Учитывая, что изменения, которые происходят с теломерами в течение жизни, часто связывают со старением, новые данные позволят лучше понять механизмы этого процесса. Результаты работы ученых, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biological Journal of the Linnean Society.

Теломеры — это своеобразные защитные «колпачки», расположенные на концах хромосом. Их существование обнаружил американский генетик Герман Мёллер в 1930-е годы. Он же и придумал это название, использовав греческие слова telo, что означает «конец», и mere — «часть». Позже ученые поняли, что теломеры защищают хромосомы от разрушения и «склеивания» с другими хромосомами, и что с возрастом теломеры укорачиваются, а клетки организма перестают делиться. Поэтому укорочение теломер связывают с процессом старения организма, в том числе человеческого. И хотя однозначно никто так и не доказал, что именно теломеры отвечают за старение, десятки лабораторий по всему миру активно изучают механизмы поддержания и восстановления длины теломер.

Считается, что теломеры консервативны, то есть эволюционно сложилось так, что они не меняются и имеют одинаковое или почти одинаковое строение у многих организмов — от одноклеточных до человека. Например, теломерный мотив всех позвоночных состоит из шести нуклеотидов TTAGGG (T — тимин, A — аденин, G — гуанин), мотив большинства растений — из семи TTTAGGG, а насекомых — из пяти TTAGG. Однако у этого «правила» есть исключения: отклонения встречаются у некоторых простейших организмов, растений и грибов.

Ученые из Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) обнаружили, что среди насекомых больше всего видов с нестандартным строением теломер. Авторы статьи проанализировали состав хромосом 220 видов насекомых и выяснили, что их теломеры сильно различаются по длине и набору нуклеотидов. Так, например, у пчел, ос и наездников встречаются повторы, длина которых вместо стандартных пяти варьирует от 1 до 11 нуклеотидов, а повторы на концах хромосом у мух достигают от 173 до 381 нуклеотидов. Также биологи определили, что у большинства рассмотренных насекомых теломеры имеют принципиально другое относительно большинства живых организмов строение: короткие мотивы ДНК у них чередуются с ретротранспозонами — мобильными генетическими элементами, которые могут самовоспроизводиться в геноме.

«Такая организация теломер, включающая ретротранспозоны, ранее была описана для семи видов насекомых, но она считалась исключением из правил, и никто не знал, что такая организация — скорее закономерность. Интересно, что у мушки дрозофилы — наиболее изученного генетического объекта — теломеры целиком состоят из ретротранспозонов. Теломеры с ретротранспозонами — это своего рода недостающее звено в эволюции от классических теломер, состоящих из коротких мотивов, к теломерам дрозофилы. Таким образом, наши данные помогают понять, как могли возникнуть теломеры дрозофилы», — рассказывает Владимир Лухтанов, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, главный научный сотрудник Зоологического института РАН.

В качестве возможной причины обнаруженного разнообразия теломер у насекомых ученые называют переход этих животных к новым, пока плохо изученным механизмам поддержания длины теломер, основанным на самовоспроизведении и перемещении ретротранспозонов. В перспективе изучение этих механизмов может пролить дополнительный свет на то, как работают геномы и происходит старение.

Автор: Захар Слуковский