Но это прямое объяснение не учитывает процесс, который иногда происходит при делении клеток. Так называемая генная конверсия, копия гена от мамы может заменить ген от папы или наоборот, делая две копии идентичными.В новом исследовании, опубликованном в Американском журнале генетики человека, исследователи из Пенсильванского университета Джозеф Лашанс и Сара А. Тишкофф исследовали этот процесс в контексте эволюции человеческих популяций. Они обнаружили, что предвзятость в отношении определенных типов последовательностей ДНК во время конверсии генов может быть важным фактором того, почему определенные наследственные заболевания сохраняются в популяциях по всему миру.
Лашанс — научный сотрудник Пенна в лаборатории Тишкоффа, и в январе он откроет свою собственную лабораторию в Технологическом институте Джорджии. Тишкофф — профессор по вопросам интеграции знаний в Пенсильвании, работает на кафедре генетики и в Школе искусств Медицинской школы Перельмана. Отделение биологии наук.Исследование ставит вопрос о том, почему люди имеют генетическую предрасположенность к определенным заболеваниям.
Некоторые причины стали понятны ученым. У амишей, например, более высокий риск нескольких генетических заболеваний, отчасти из-за явления, называемого эффектами основателя, когда определенные гены становятся более распространенными в популяциях, которые произошли от относительно небольшого числа особей.
Другие генетические заболевания могут стать относительно распространенными, если в них есть какие-то преимущества.«Классический пример — серповидно-клеточная анемия», — сказал Лашанс. «Это эволюционный компромисс, потому что люди с одной копией серповидноклеточной мутации очень защищены от малярии».Однако меньше известно о событиях конверсии генов, которые стали предметом исследования Лашанса и Тишкова.
Ранее исследователи обнаружили, что во время преобразования генов ДНК с большей вероятностью будет сохраняться и копироваться, если отличающийся аллель содержит нуклеотид гуанина (G) или цитозина (C). И наоборот, вероятность преобразования или замены ДНК выше, если аллель содержит аденин (A) или тимин (T).
«Это предвзятость очень мала, — сказал Лашанс. «Это похоже на очень слабо взвешенную монету. Но на протяжении поколений и на огромных участках генома, подбрасывая монету снова и снова, мы думали, что начнем видеть эффект на уровне популяции.
Чтобы увидеть, имеет ли влияние это генетическое предпочтение, известное как смещение GC, Лашанс и Тишкофф проанализировали геномные последовательности 25 человек — по пять из каждой из пяти групп, представляющих различные популяции. Они идентифицировали 7,5 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов, или SNP, которые представляют собой мутации с участием одного нуклеотида, и сгруппировали их в зависимости от того, представляет ли изменение переход от G или C к A или T или наоборот.Они обнаружили небольшое, но существенное влияние систематической ошибки GC в разных популяциях, показывая, что переход к варианту G или C со временем несколько улучшился.
Копнув глубже, они исследовали области генома, склонные к рекомбинации, генетическому событию, которое включает обмен ДНК между аллелями. Рекомбинация создает несовпадения в последовательностях ДНК, которые можно рассматривать как «ошибки», которые необходимо «исправить» путем преобразования генов. Таким образом, конверсия генов чаще происходит в горячих точках рекомбинации.«Наша гипотеза заключалась в том, что вы увидите эффекты смещения GC больше в этих областях», — сказал Лашанс. «И это именно то, что мы видели.
Эти горячие точки рекомбинации были областями, где было много смещения GC».Лашанс сказал, что это открытие, которое они наблюдали во всех пяти популяциях, помогло исследователям исключить другие причины своих наблюдений.
«В этом подходе хорошо то, что, если бы это было связано с историей населения людей, вы бы не увидели связи со скоростью рекомбинации», — сказал он.Они посчитали силу эффекта слабой, но реальной.
У человека с одним аллелем A или T и одним аллелем G или C изменение передачи аллеля G или C потомству составляет 50,000364%.«Представьте себе два берега пруда и подумайте об эволюции, которая толкает корабль с одного берега на другой», — объяснил Лашанс. «Предвзятость преобразования генов GC похожа на действительно слабый ветер, дующий в одном направлении».Лашанс и Тишкофф считали, что этот «толчок» мог быть ответственным за поощрение сохранения аллелей, связанных с заболеванием. Исследователи изучили SNP, которые были подвержены смещению GC, и обнаружили, что у них была более высокая вероятность быть гомозиготной, то есть люди, как правило, имели две копии одного и того же аллеля, содержащего эти мутации, чем SNP, которые не включали Преобразование GC.
А гомозиготность — вредная вещь, когда дело касается многих генетических заболеваний, которые имеют тенденцию быть рецессивными и, следовательно, требуют двух копий одной и той же мутации для выражения.Анализ ученых из Пенсильвании показал, что эта повышенная вероятность гомозиготности, выраженная в 42–63 процентах, предсказывала повышенный риск рецессивных заболеваний в пяти изученных ими популяциях. Они называют это «проклятием обращенных», поскольку аллели, на которые влияет конверсия генов, с большей вероятностью связаны с болезнью.Лашанс и Тишкофф отмечают, что этот эффект следует рассматривать не только в контексте болезни, но и в более общем плане при проведении популяционных генетических исследований.
Возможно, некоторые тенденции, которые кажутся результатом естественного отбора, на самом деле могут быть результатом систематической ошибки GC.«Обычно в популяционной генетике мы не замечаем молекулярной генетики, того, что происходит на уровне нуклеотидов», — сказал Лашанс. «Но в нашем исследовании мы обнаруживаем, что жизнь намного сложнее, чем мы часто думаем, и молекулярные эффекты имеют значение».