Эти удивительные эволюционные открытия опубликованы в двух статьях в журнале Genome Research.Наша внешность, форма и принцип работы нашего тела, помимо влияния окружающей среды, во многом являются результатом действия наших генов.
Однако гены редко выступают в одиночку, они скорее действуют согласованно и регулируют активность и экспрессию друг друга в регуляторных сетях генов.Простой организм со сложным содержанием геновВ последние десятилетия секвенирование геномов человека и многих животных показало, что анатомически простые организмы, такие как морские анемоны, демонстрируют удивительно сложный репертуар генов, как более высокие модельные организмы. Это означает, что различие в морфологической сложности не может быть легко объяснено наличием или отсутствием отдельных генов.
Некоторые исследователи предположили, что не отдельные гены кодируют более сложные планы тела, а то, как они связаны друг с другом. Соответственно, исследователи ожидали, что эти генные сети у простых организмов менее сложны, чем у человека или «высших» животных.Измерением сложности регуляции генов может быть распределение и плотность регуляторных последовательностей в геноме. Эти мотивы в ДНК, называемые энхансерами и промоторами, могут специфически связывать факторы транскрипции и часто регулировать экспрессию генов-мишеней в определенных пространственно-временных паттернах. «Найти эти короткие мотивы в океане нуклеотидов — далеко не тривиально», — объясняет Ульрих Технау, профессор кафедры молекулярной эволюции и развития.
Хотя в некотором смысле гены составляют слова на языке генетики, энхансер и промоторы служат грамматикой. Эти регуляторные элементы коррелируют с определенными биохимическими эпигенетическими модификациями гистонов, белков, переплетенных с ДНК, составляющих хроматин.
С помощью сложного молекулярного подхода, называемого иммунопреципитацией хроматина, научный сотрудник Герты-Фирнберг Микаэла Швайгер, член команды Technau, смогла идентифицировать промоторы и энхансеры на уровне всего генома у морского анемона и сравнить данные с регуляторными ландшафтами более сложные и более высокие модельные организмы.Регуляция генов сравнима с модельными системами высших животных«Поскольку морской анемон демонстрирует сложный ландшафт регуляторных элементов генов, аналогичный плодовой мушке или другим модельным животным, мы полагаем, что этот принцип сложной регуляции генов уже присутствовал у общего предка человека, мухи и морского анемона около 600 миллионов лет назад. назад », — заявляет Микаэла Швайгер.
МикроРНК важны для процессов развития человека…В конце концов, экспрессия генов приводит к образованию белков, функциональных эффекторов в нашем организме.
Помимо контроля транскрипции ДНК в РНК, экспрессия гена также может регулироваться на посттранскрипционном уровне после того, как РНК уже продуцируется. Здесь микроРНК играют важную роль. МикроРНК — это короткие регуляторные РНК, которые могут связываться с РНК-мишенями и ингибировать их трансляцию или приводить к диссоциации РНК-мишени. В последние годы сотни микроРНК были идентифицированы у многих животных и даже более 1000 микроРНК у человека.
Многие из них играют важную роль в метаболизме и имеют решающее значение в процессах развития. Мутации в различных микроРНК связаны с тяжелыми заболеваниями, такими как рак. Каждая микроРНК может связывать множество различных РНК специфическим для последовательности образом. «Мы предполагаем, что 30–50 процентов всех генов человека регулируются микроРНК», — поясняет Ульрих Технау.
Однако эволюционное происхождение микроРНК животных до сих пор неясно.… И в растенияхМикроРНК также были обнаружены в растениях, но предполагалось, что они возникли независимо от микроРНК животных, поскольку они (1) не обнаруживают никакого сходства последовательностей с ними, (2) имеют другой путь биогенеза и (3) имеют существенно различный механизм действия: растительные микроРНК связывают только одну с небольшим количеством мишеней с высокой специфичностью последовательности и индуцируют с помощью белков Argonaute специфическое расщепление целевой РНК.
В сотрудничестве с американскими, французскими и норвежскими группами Ульриху Технау и его команде удалось выделить 87 микроРНК из морского анемона.Иеху Моран, Дэвид Фредман и Даниэла Праер из команды Technau смогли показать, что микроРНК морского анемона отображают все признаки растительных микроРНК: они имеют почти идеальную комплементарность со своими целевыми РНК, которые впоследствии расщепляются, а не ингибируются, как у других животных. Моран также обнаружил ген HYL-1 морского анемона, который необходим для биогенеза микроРНК в растениях и никогда ранее не обнаруживался ни в одном другом модельном организме на животных.
Более того, при сравнении последовательностей микроРНК можно обнаружить одну микроРНК, сходную с микроРНК растений, а также одну микроРНК, сходную с микроРНК животных. В целом, эти данные указывают на первую эволюционную связь между микроРНК растений и животных.Таким образом, хотя геном морского анемона, репертуар генов и регуляция генов на уровне ДНК удивительно похожи на позвоночных, его посттранскрипционная регуляция аналогична растительной и, вероятно, восходит к общему предку животных и растений.
Это первое качественное различие, обнаруженное между Cnidaria и «высшими» животными, и результаты дают представление о том, насколько важные уровни генной регуляции могут развиваться независимо.