Геном морской анемоны (актинии), представленный совокупностью наследственного материала, содержащегося в клетке организма, чрезвычайно похож на геном человека, однако ему также свойственны регулирующие механизмы, присущие растениям.
Команда исследователей во главе с биологом Ulrich Technau из University of Vienna обнаружили, что геномному «пейзажу» морской анемоны присуща сложность регуляторных элементов, подобных тем, что обнаружены у дрозофил. Из этого следует, что данному принципу регуляции генов уже порядка 600 млн лет и восходит он к общим предкам человека – дрозофилам и актиниям. С другой стороны, морские анемоны больше похожи на растения, а позвоночных животных и насекомых с ними связывает регуляция экспрессии генов, которая происходит посредством коротких регулирующих РНК, известных как «микроРНК».
Внешность человека, его комплекция и привычки, в значительной степени — результат работы его генов. Следует отметить, что чаще всего гены – это не «одиночные игроки», они привыкли действовать сообща и регулировать деятельность друг друга.
Простой организм со сложным генным наполнением
За последнее десятилетние было проведено очень много исследований, направленных на изучение и сравнение генома человека и животных, которые показали, что анатомически простые организмы, такие как актинии, характеризуются таким же сложным генным набором, как и высшие организмы. Из этого следует, что различие в морфологической сложности не может быть объяснено лишь наличием или отсутствием определённых генов. Некоторые исследователи выдвигали гипотезу, что сложность не в самих отдельных генах, а в том, как они связаны друг с другом. Соответственно, исследователи ожидали, что генные сети намного проще в простых организмах, нежели в человеке и «высших» животных.
Измерение сложности регуляции генов может производиться за счет анализа распределения и плотности регулирующих последовательностей в геноме. Короткие сегменты ДНК: гены-усилители и гены-регуляторы воздействуют на уровень экспрессии определённых генов, способствуя увеличению частоты инициаций и транскрипций. По словам Ulrich Technau из Department for Molecular Evolution and Development, обнаружить эти короткие сегменты в океане нуклеотидов совсем не просто.
Иными словами, на языке генетики, гены — это буквы, из которых образуются целые предложения, а гены-усилители и гены-регуляторы – отвечают за грамматику. Эти регулирующие элементы коррелируют с определёнными биохимическими эпигенетическими модификациями гистонов, в результате чего белок, переплетаясь с ДНК, образует хроматин. С помощью сложного молекулярного подхода, известного как иммунопреципитация хроматина, Michaela Schwaiger, член команды исследователей, возглавляемой Technau, смогла идентифицировать гены-регуляторы и гены-усилители на уровне генома в актинии и сравнила данные с моделями более сложных организмов. Оказалось, что гены регуляции генома морской анемоны сопоставимы с моделями систем высших животных и человека.
По словам Michaela Schwaiger, так как актинии присущ сложный «пейзаж» генных регуляторных элементов, подобных дрозофилам, не исключено, что этот принцип сложной регуляции генов был присущ общим предкам человека, актиниям и дрозофилам порядка 600 миллионов лет тому назад.
МикроРНК чрезвычайно важны для процессов, протекающих в организме человека
В конечном итоге экспрессия генов приводит к образованию белков – незаменимого строительного материала организма человека. Помимо контроля за транскрипцией ДНК в РНК, экспрессия гена также может регулироваться на пост транскрипционном уровне после того, так РНК уже произведена. Здесь микроРНК также играют важную роль, в частности они отвечают регуляцию трансляции и деградации матричной рибонуклеиновой кислоты. За годы исследований были идентифицированы сотни микроРНК во в многих животных и более 1000 в человеке. Многие из них играют важную роль в метаболизме и процессах, связанных с развитием. Мутации в различных микроРНК связаны, как привило, с тяжёлыми заболеваниями, такими как рак. Каждый микроРНК может связать много различных РНК в определённой последовательности. По предположениям Ulrich Technau, порядка 30-50% всех генов человека регулируются микроРНК. Тем не менее о эволюционном происхождение мироРНК животных учёным по сей день ничего не известно.
МикроРНК были обнаружены и в растениях, но было высказано предположение, что они возникли независимо от мироРНК животных, так как не было найдено никаких сходств. В сотрудничестве с норвежскими, американскими и французскими учёными Ulrich Technau и его команде удалось «изолировать» 87 микроРНК из актинии.
Yehu Moran, David Fredman и Daniela Praher из команды Technau смогли показать, что микроРНК морской анемоны содержат все признаки микроРНК растений. Более того, Yehu Moran обнаружил в актинии ген HYL-1, который имеет очень важное значение для биогенеза микроРНК в растениях, и который не был обнаружен ни в одной другой модели ранее.
