Naukowcy odkryli tysiące nieznanych sekwencji DNA w genomie ssaków

Kolosalne badanie porównawcze genomów 29 gatunków ssaków może doprowadzić do rewizji zasad funkcjonowania i organizacji ludzkiego genomu. Naukowcom udało się bezpośrednio zobaczyć genetyczną „ciemną materię”, której istnienie podejrzewano od dawna. Poprzednie badania porównujące DNA człowieka i myszy pośrednio wykazały, że istnieje znaczna liczba sekwencji regulacyjnych, które same w sobie nie kodują białek, ale kontrolują aktywność innych genów. Jednak w przeciwieństwie do już znanych i scharakteryzowanych regulatorów ich istnienie pozostało w sferze hipotez. Dlatego nazwano je „ciemną materią”: musi gdzieś być, ale nikt nie był w stanie jej zobaczyć.

Udało się to zespołowi badaczy z Massachusetts Institute of Technology (USA) wraz z kolegami z innych światowych ośrodków naukowych. Przez pięć lat zajmowali się sekwencjonowaniem i porównywaniem genomów 29 ssaków łożyskowych, w tym ludzi, słoni, królików, nietoperzy itp. W przypadku dwudziestu z nich po raz pierwszy uzyskano sekwencję genomowego DNA. Przede wszystkim naukowcy byli zainteresowani tymi sekwencjami, które niewiele zmieniały się między gatunkami. To właśnie wysoki konserwatyzm takich regionów sprawił, że podejrzewano je o sekwencje regulacyjne.

A oto wynik: znaleziono 10 000 wysoce konserwatywnych sekwencji, które bezpośrednio wpływają na aktywność genu, i ponad 1000, które stanowią podstawę syntezy regulatorowych RNA o złożonej strukturze. Naukowcy znaleźli również 2,7 miliona miejsc - potencjalnych celów interakcji z czynnikami transkrypcyjnymi, które określają, gdzie i kiedy gen powinien działać. Ponadto znaleziono 4000 nowych sekwencji kodujących z informacjami o białkach. Należy powiedzieć, że chociaż genom człowieka został całkowicie odczytany, funkcje wielu sekwencji DNA pozostają niejasne. Mając do czynienia tylko z jednym genomem, prawie niemożliwe jest stwierdzenie, które miejsce samo koduje białko, a które pełni funkcję regulacyjną. Ale w porównaniu z innymi genomami takie zadanie jest całkiem rozwiązywalne.

Naukowcy byli w stanie prześledzić ewolucję ssaków na poziomie molekularnym na przestrzeni 100 milionów lat. Adaptacja organizmu do zmieniających się warunków środowiskowych znajduje odzwierciedlenie w transformacjach w regulacji genomu, w zestawie i aktywności tej właśnie „ciemnej materii” (która nie jest już taka „ciemna”). Na przykład teraz można dowiedzieć się, które geny uczyniły człowieka z małpy. Wcześniej było ich około 200; niektóre z nich odpowiadały za rozwój mózgu i strukturę kończyn. Obecnie liczba takich sekwencji w DNA wzrosła do 1000.

Medycyna musi również stawić czoła nowym czasom. Duża liczba chorób jest powiązana z mutacjami bezpośrednio w regionie kodującym DNA: mutacje te uszkadzają strukturę samych białek. Ale jeszcze więcej chorób jest spowodowanych zaburzeniami w regulacji aktywności genów - gdy białka zaczynają być syntetyzowane tam, gdzie nie powinny, albo nie tam, gdzie powinny, albo nie w ilościach, które są potrzebne. Tak więc teraz, dzięki nowej, szczegółowej i rozszerzonej mapie elementów regulacyjnych w genomie, będzie można ustalić prawdziwą przyczynę wielu, wielu chorób.