В поисках человеческих генов-печенек

Большинство из 20 – 25 тысяч генов человеческого генома достались нашим предкам десятки и сотни миллионов лет назад. За это время они, разумеется, претерпели множество изменений, но их «родственников» можно найти у шимпанзе, мышей, мух, дрожжей и даже бактерий. Но есть среди наших генов и те, которых ни у кого больше нет, – это исключительно человеческие инновации, возникшие в течение последних нескольких миллионов лет. И вероятно, именно благодаря им сформировались те отличительные черты, которые делают нас людьми.

gingy-genes

Один из таких уникальных человеческих генов – HYDIN2. Он впервые появился около 3,1 млн лет назад в результате дупликации уже существовавшего гена HYDIN. Начало и конец исходного гена при этом были утрачены – а ведь в начале содержится промоторная последовательность, необходимая для узнавания гена РНК-полимеразой и запуска транскрипции. Без промотора ген не жилец, однако ущербному дубликату удалось выжить – он просто удачно прицепился к копии другого гена, и получился новый ген, который выглядит как HYDIN, только с другим начальным фрагментом и промотором.

И если HYDIN по примеру большинства наших генов встречается у многих других животных, то ушлый HYDIN2 – эксклюзивно человеческий, причем он присутствует в геноме каждого человека на этой планете. И это притом, что он расположен в крайне турбулентной части генома, которая в эволюции частенько претерпевает реорганизацию или просто-напросто устраняется. При всех шансах утеряться, HYDIN2 тем не менее прошел проверку временем. Это говорит о его важности для человеческого организма. Но чем конкретно он занимается?

Ученые предполагают, что функции оригинального HYDIN, который задействован во многих частях организма, включая мозг, были разделены: мозг был отдан на попечение HYDIN2 (ген особенно активен в нейронах), а HYDIN остался работать в остальных тканях человека (его мутации вызывают редкий синдром Картагенера – неправильное расположение внутренних органов, заболевания дыхательных путей и т. д.). И то, что HYDIN2 возник перед тем, как мозги представителей рода Homo стали увеличиваться в объеме, делает его еще более интересным. Правда, биологам пока что еще предстоит подтвердить, что он действительно функционален. Если это так, то HYDIN2 может вскоре присоединиться к небольшой, но растущей компании уникальных человеческих генов, которые возникают в результате дупликаций и выполняют важные функции в мозге.

Так, в 2010 году было открыто 23 гена-дубликата, которых нет у других обезьян. Среди них – SRGAP2, который дуплицировался аж три раза. Один из его «потомков», SRGAP2C, как выяснилось, контролирует рост и движение нервных клеток, что приводит к уплотнению связей между ними. Этот деятельный дублер возник около 2,4 млн лет назад, когда мозг нашего предка начинал в поте лица наращивать объем. В 2015 году нашелся еще один специфичный для людей ген, ARHGAP11b, крайне активный в радиальной глии, то есть в клетках-предшественниках нейронов мозга. Когда ученые внедрили этот ген в мышиный эмбрион, на свет появился грызун с чрезмерно развитой радиальной глией и мозговыми складками, типичными для людей. Уже через месяц эта мышь защитила диссертацию и возглавила научную группу.

Уникальные человеческие гены похожи на двойные печеньки, объясняет хвостатый руководитель научной группы. Но его подчиненные не понимают глубокую мысль наставника и просто глупо улыбаются. Фото: Bob MacDonnell / Connecticut College.

Дуплицированные гены составляют около 5% генома человека, многие из них появились в последние 10 – 15 млн лет, когда гоминины стали расходиться по разным эволюционным дорожкам. По факту, гориллы, шимпанзе и люди обладают большим числом дубликатов, чем орангутаны или, скажем, макаки. И никто не знает почему. Причем разбросаны они по всему геному, что тоже необычно, так как у других млекопитающих копии обычно сидят в тандемах с оригиналами. И устроены они уникально – как двойные печеньки: их сладкая начинка – это ДНК исходного гена, а сдобная часть – крайние фрагменты других генов, к которым пристраивались хитрые копии, а потом и копии новообразованных двойников (итоговый ген может являться результатом нескольких дупликаций и встраиваний). Очень часто активность таких новых генов-дубликатов происходит в нейронах.

У дупликаций есть и темная сторона: если две части генома почти идентичны, то из-за них может возникнуть хаос, когда последовательности удваиваются, теряются, перемешиваются. А повреждения или утрата важных генов – верная дорога к болезням. Действительно, для многих дупликаций показана связь с задержками в развитии, аутизмом, шизофренией, эпилепсией. Хоть гены-дубликаты и сыграли важную роль в становлении человека, они словно раскиданные по геному боевые мины, готовые в любой момент одарить нас какой-нибудь взрывной патологией.

О функции их пока лишь можно только гадать – у стандартных лабораторных животных этих генов нет, а если человеку отключить один ради эксперимента, то вдруг он превратится в дебила, нельзя так. Да и обнаружить их не так-то просто – современные методы секвенирования читают небольшие фрагменты ДНК и не отличают последовательности генов-двойников от последовательностей исходных генов, поскольку они идентичны. Пока генетики не научатся читать гены целиком, дубликаты останутся для них «темной материей». К слову, уже появились технологии, которым не нужно дробить длинные последовательности на части, так что надежда брезжит.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The Atlantic

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. Пожалуйста, не копируйте текст в соцсети целиком, мы хотим, чтобы наши статьи читали на нашем сайте, попутно замечая и другие наши прелестные статьи. С уважением, Батрахоспермум.

splinterpizza-1

Вас также могут заинтересовать статьи:
Пицца раскрывает тайны крыс-долгожителей
Суточные циклы влияют на развитие зубов
Найден белок, открывающий портал в проприоцептор