Геном — это книга инструкций клетки. Все клетки нашего тела содержат одинаковую геномную информацию, но каждая из них «считывает» интересующие их фрагменты генов, чтобы выполнять свои функции.
Итак, нейроны, гепатоциты и сердечные клетки разные, хотя их геном одинаковый. Чтобы добиться такого огромного разнообразия функций одного и того же генома, клетки используют механизм, известный как альтернативный сплайсинг.
Это позволяет им комбинировать несколько фрагментов — так называемых экзонов — из одних и тех же генов, чтобы дать начало разным белкам, точно так же, как комбинации ключевых слов могут создавать разные фразы.
В течение многих лет научное сообщество изучает эти «альтернативные» экзоны, которые при объединении дают начало различным белкам. До сих пор были известны только альтернативные экзоны, достаточно большие, чтобы их можно было обнаружить доступными вычислительными методами.
Авторы этой работы не только смогли обнаружить действительно маленькие экзоны, известные как «микроэксоны», но также смогли определить их функции. «Это очень короткие фрагменты, некоторые даже кодируют только одну или две аминокислоты, основные компоненты или буквы белков, но мы заметили, что они необходимы для созревания нейронов», — объясняет Мануэль Иримиа, первый автор работы. из Университета Торонто, а теперь руководитель группы Центра геномной регуляции в Барселоне, Испания. Подобно тому, как слово, даже если оно очень короткое, может изменить значение фразы, микроэкзоны оказывают тот же эффект и способствуют созданию белков с разными функциями.
Иногда самое маленькое — это ключ
Работа, опубликованная в четверг 18 декабря в журнале Cell, представляет группу микроэкзонов, которые открыли ученые, и раскрывает интересные аспекты этих небольших фрагментов генов. С одной стороны, исследователи увидели, что, хотя микроэксоны малы, они играют очень важную роль в созревании нейронов. «Нервная система — единственное место, где мы обнаружили, что большинство микроэкзонов активировано, и мы обнаружили, что они обеспечивают важные функции в развивающихся нейронах», — добавляет д-р Иримиа.
Они также наблюдали взаимосвязь между этими микроэксонами и аутизмом: большое количество исследованных микроэкзонов неправильно экспрессируются у людей с аутизмом, включая несколько микроэкзонов в генах, которые ранее были связаны с этим расстройством.
С другой стороны, идентификация этих микроэкзонов и демонстрация их функций дает новую информацию для регуляции генома и потрясает основы того, что до сих пор было известно об альтернативном сплайсинге. «Хотя до сих пор эти короткие фрагменты не принимались во внимание, теперь мы знаем, что есть еще одна группа игроков, которым есть что сказать по этому поводу», — заявляют исследователи. «Мы наблюдаем новый ландшафт регуляции сплайсинга, который очень специфичен для нервной системы», — комментирует д-р Бенджамин Бленкоу, профессор Центра клеточных и биомолекулярных исследований Университета Торонто и Департамента молекулярной генетики и старший автор книги изучение. «Микроэксоны изменяют способ взаимодействия белков и, несомненно, играют важную роль в развитии, поэтому понимание их роли в неврологических расстройствах человека представляет собой главное направление будущих исследований», — заключает Бленкоу.
Наконец, ученые также заметили, что микроэкзоны были высоко консервативными на протяжении всей эволюции позвоночных. Это удивило исследователей, потому что всегда было показано, что альтернативные экзоны очень пластичны и, как правило, не сохраняются в процессе эволюции.
Тот факт, что эти микроэкзоны так глубоко законсервированы у позвоночных и что они играют важную роль в созревании нейронов, может объяснить некоторые из больших различий между позвоночными и беспозвоночными, когда речь идет о нервной системе.