Значение повторяющейся ДНК для эволюции человеческого мозга и заболеваний

На протяжении десятилетий значительные участки человеческой ДНК считались «мусорными» и не имеющими реальной цели. В новом исследовании, опубликованном в Cell Genomics, учёные из Лундского университета в Швеции показывают, что повторяющаяся часть генома человека играет активную роль на ранних этапах развития мозга и может быть важна для понимания заболеваний мозга.

ДНК содержит полный набор инструкций, необходимых организму для развития и выживания, но только около 1,5% её состоит из кодирующих белки генов, которые определяют такие признаки, как цвет глаз, рост и тип волос. Остальные 98,5%, ранее считавшиеся «мусорной ДНК», теперь всё чаще признаются важной частью нашего генома, которая контролирует, когда и где включаются гены, влияя на развитие, клеточные процессы и даже эволюцию человека.

В Лундском университете исследователи изучают эту забытую часть генома. Их последнее исследование показывает, как определённые последовательности в некодирующей части генома помогают формировать развивающийся человеческий мозг.

«Основной вопрос в моей лаборатории: как человеческий мозг стал таким, какой он есть? — говорит Йохан Якобссон, профессор кафедры экспериментальной медицинской науки и руководитель Лаборатории молекулярной нейрогенетики. — Мы хотим знать, какие части генома способствуют уникальным человеческим функциям и как это связано с заболеваниями мозга».

В новом исследовании Якобссон и его команда вместе с коллегами из Копенгагенского университета, Кембриджского университета и Нью-Йоркского университета исследовали сегменты повторяющихся последовательностей ДНК, называемые мобильными элементами (transposable elements). Иногда их называют «прыгающими генами», поскольку они могут перемещаться внутри генома, что затрудняет их изучение.

Используя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и органоиды мозга — миниатюрные упрощённые версии человеческого мозга, выращенные в лаборатории, — исследователи изучили одно семейство мобильных элементов, известное как транспозоны LINE-1 (L1). Сочетая технологию редактирования генов CRISPR с передовыми методами секвенирования, они смогли отключить эти последовательности и наблюдать за эффектами.

«Раньше мы предполагали, что эта часть генома отключена и просто тихо сидит на заднем плане, — говорит Якобссон. — Оказалось, что это заблуждение. Эти элементы не молчат; они активны в человеческих стволовых клетках и, по-видимому, играют важную роль в раннем развитии мозга. И мы обнаружили, что, когда вы их блокируете, это имеет реальные последствия».

Когда транспозоны L1 были отключены, команда наблюдала нарушения в активности генов и аномальный рост органоидов мозга.

«С эволюционной точки зрения это может помочь объяснить, как человеческий мозг развился иначе, чем у других приматов, — отмечает Якобссон. — Но с точки зрения заболеваний это также говорит нам о том, что эти элементы являются частью клеточного механизма и, вероятно, связаны с нарушениями. Если мы хотим полностью понять нарушения развития нервной системы или нейропсихиатрические состояния, мы должны изучить эту часть генома».

Работа команды из Лунда продолжается в рамках Collaborative Research Network ASAP (Aligning Science Across Parkinson’s), где они сотрудничают с международными партнёрами для изучения того, как мобильные элементы способствуют заболеваниям мозга, используя как клетки, полученные от пациентов, так и образцы донорской ткани мозга.

«Это исследование указывает на то, что эти элементы — не просто эволюционные остатки, они важны для регуляции генов, активных в мозге, — заключает Якобссон. — Наш следующий шаг — изучение образцов пациентов, от детей с нарушениями развития нервной системы и взрослых с возрастными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона».

Цель — понять, как эти скрытые части нашего генома способствуют заболеваниям, и, в конечном итоге, как мы можем использовать эти знания для улучшения лечения.

Предоставлено Лундским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте