Псевдогены, или "сломанные" гены, теряют возможность кодировать белок. Из-за этого отбор перестает их отбраковывать, ведь мутации в них уже не причиняют вреда. Работа, выполненная с участием специалистов факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова, подтверждает эту идею, но также открывает удивительный факт: на часть таких генов все еще действует слабое давление отбора.
Иногда функция определенного белка перестает быть критически важной для выживания организма (например, из-за смены среды). Тогда мутации в кодирующем его гене становятся менее значимыми.
Тайны "бессмысленных" мутаций
Ученым известно: серьезная вредная мутация, например, нонсенс-мутация, "выключает" ген, превращая его в псевдоген. Отрицательный отбор (устраняющий вредные мутации) перестает на него влиять. Несинонимичные мутации (меняющие аминокислоту в белке) начинают накапливаться так же быстро, как и синонимичные (не меняющие белок). Хотя этот эффект косвенно упоминался ранее, детальное изучение влияния нонсенс-мутаций проводилось впервые, отмечают исследователи.
Человеческий геном содержит 53-100 неработающих аллелей. Около 21-27 из них деактивированы нонсенс-мутациями. Эти мутации получили название "бессмысленные", так как лишают ген его "смысла" — способности производить белок. Нонсенс-мутация создает стоп-кодон, преждевременно останавливающий синтез белка. Они возникают по разным причинам: замены, вставки или удаления "букв" генетического кода.
Не так уж бессмысленны?
Множество аллелей с нонсенс-мутациями заставляет задуматься: возможно, они не полностью бесполезны? Уже описаны молекулярные механизмы, частично сохраняющие функцию даже в, казалось бы, неработающем гене.
Нонсенс-аллели отличаются от мутаций с заменой аминокислот своей повышенной вредностью. Они втрое чаще вызывают заболевания, встречаются реже и часто имеют резервные копии в геноме (паралоги), что смягчает последствия поломки одной из них.
Фокус на дрозофиле
Ученые исследовали геномы замбийских популяций плодовой мушки Drosophila melanogaster. В среднем каждая особь несет 35 нонсенс-мутаций. Анализ сосредоточился на аллелях, где мутация возникла из-за замены одного нуклеотида.
Сюрпризы отбора
Выяснилось: на участки ДНК с нонсенс-мутациями у дрозофил действительно не действует отрицательный отбор (снижающий их частоту в популяции). Однако поразительно — на некоторые нонсенс-аллели очень слабое давление отбора все же распространяется!
Роль альтернативного сплайсинга
Причиной может быть альтернативный сплайсинг — разные варианты "прочтения" одного участка ДНК из-за сдвига точек "старта" и "стопа". Исследователи предполагают, что благодаря этому механизму функции некоторых генов частично сохраняются. Поэтому отрицательный отбор все еще "видит" их и оказывает слабое влияние.
Механизм действия
Данные геномов Drosophila melanogaster показали: нонсенс-мутации полностью "выключают" одноэкзонные гены (без вставок-интронов). Они начинают одинаково быстро накапливать синонимичные и несинонимичные мутации. В многоэкзонных генах (с интронами) страдает лишь мутировавший экзон. Остальные экзоны остаются под действием ослабленного, но все же присутствующего отрицательного отбора, поясняют ученые.
Исследование выполнено учеными факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ совместно с коллегами из Института проблем передачи информации им. Харкевича РАН, Сколковского института науки и технологий и Мичиганского университета (США).
Изображение: rost9 / фотобанк 123RF
Источник: scientificrussia.ru
