Число ребер при формуванні скелета залежить від «безглуздих» ділянок геному.
Коли біологи тільки починали розшифровувати послідовність ДНК, їм раз у раз траплялися фрагменти, в яких не було записано жодної інформації.
Як ми знаємо, в ДНК за допомогою генетичного коду зашифровані всі білки, що становлять живий організм; і ще в геномі є спеціальні ділянки, які самі нічого не кодують, але впливають на активність кодуючих послідовностей - грубо кажучи, від таких регуляторів залежить, чи багато молекул того чи іншого білка з'явиться в клітці. Але є, як ми сказали, фрагменти геному, які нічого не кодують і нічого не регулюють - їх назвали сміттєвою ДНК, якої виявилося більше, ніж «осмисленою» ДНК (і не тільки у людини, а й багатьох інших видів). І довгий час вважалося, що це дійсно сміття, накопичене за час еволюції: шматки вірусних нуклеїнових кислот, які вчасно вдалося знешкодити, так що вони навічно заснули в клітинних хромосомах, сильно мутували гени, що стали абсолютно марними, і т. д.
Однак останнім часом почали з'являтися публікації, що реабілітують сміттєву ДНК. Минулого року ми писали про експерименти дослідників з Південно-західного медичного центру Університету Техасу, які встановили, що сплячі в геномі вірусні послідовності допомагають імунним клітинам синтезувати антитіла. Минулого ж року вийшла робота співробітників Каролінського університету, які на сторінках Nature Communications стверджували, що сміттєва ДНК необхідна для розвитку людського ембріона. І ось чергове повідомлення про функціональність геномного сміття з'явилося днями в Developmental Cell.
Ріта Айрес (Rita Aires) і її колеги з Інституту Гульбенкяна вивчали мишей з нестандартним розвитком скелета. Зазвичай у цих гризунів формується 13 пар ребер, але деякі мутанти виходять з 24 парами - ребра у них тягнуться вздовж хребта прямо до задніх ніг, і скелет такої миші нагадує скелет змії (правда, досить короткою). Виявилося, що такою дивною морфологією тварини зобов'язані мутації, яка відключає ген GDF11.
У нормі GDF11 пригнічує роботу іншого гена - OCT4, - який підтримує активність стовбурових клітин і спонукає їх перетворюватися на клітини інших типів. Тобто через GDF11-мутацію OCT4 залишається активним, через що стовбурові клітини формують зайві ребра. Можна було б припустити, що у змій GDF11 теж відключений, але ні - у них він в повному порядку. Само собою виникає припущення, що тут є ще якийсь молекулярний «гравець».
Таким «гравцем», як читачі могли здогадатися, виявилася сміттєва ДНК. Ген OCT4, який стимулює формування зайвих ребер, майже не відрізняється у змій, мишей і людей, але в хромосомі він оточений некодуючими (сміттєвими) ділянками, які, втім, не цілком сміттєві - вони теж грають роль у гальмуванні роботи OCT4. У змій некодуючі послідовності, прилеглі до OCT4, не такі, як у інших. Коли зміїну некодуючу ДНК пересаджували до мишей в ту ж позицію - тобто поруч з OCT4 - то у мишачих ембріонів з'являлися зайві ребра: ген працював «по-зміїному», а все через так звану сміттєву ДНК, яка продовжувала роботу OCT4. Ймовірно, ген GDF11, з який вимикає OCT4, працює в зв'язці з некодуючими фрагментами, і в разі змій ці самі некодуючі фрагменти набули такого вигляду, щоб не заважати нарощувати додаткові ребра.
Як бачимо, деякі ділянки сміттєвої ДНК можуть відігравати дуже важливу роль, визначаючи анатомію і морфологію тіла хребетних. Правда, в даному випадку добре було б створити генетично модифікованих змій, у яких некодуюча ДНК була б так відредагована, щоб змія виростала більш короткою. Можливо, такі експерименти в майбутньому вдасться зробити, але не дуже скоро - зараз ми практично не вміємо маніпулювати з зародками рептилій, які частина стадій розвитку проходять, будучи ще в організмі матері, і у відкладеному яйці можна знайти змієна з 26 парами ребер і вже сформованою головою.
Але не виключено, що подібні досліди вдасться зробити з іншими тваринами, у яких є подовжені грудні клітини, хвости або шиї - можна припустити, що некодуюча ДНК поруч з OCT4 здатна впливати не тільки ребра. Ймовірно, чим більше ми будемо дізнаватися про способи регуляції генетичної активності, тим більше фрагментів сміттєвої ДНК будуть переходити з розділу генетичного сміття в розділ регуляторних послідовностей.
За матеріалами Science.