"Егоистичната ДНК" играе ключова роля в ранното развитие на човека

Тези елементи не са само геномни паразити

Ваня Милева Последна промяна на 18 октомври 2024 в 00:00 1991 0

ген
Илюстрацията е създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

Механизмите, които осигуряват развитието на ранния човешки ембрион, остават до голяма степен неизвестни. Ново изследване показва, че "егоистичната ДНК" или транспозоните контролират ранното човешко развитие.

Хората често възприемат транспозоните като вируси, които нахлуват в клетките ни само за да правят свои копия. Ние обаче открихме, че тези елементи са от съществено значение за ранното развитие, а не само егоистични паразити.

Изследването показва, че транспозоните, особено LINE-1, са от решаващо значение за нормалното ранно развитие на човешките ембриони. Докато нашите гени съставляват по-малко от 2 % от генома ни, LINE-1 елементите са около 20 %. Тези елементи могат да се преместват и да се копират, което води до идеята, че те са "егоистична ДНК", тъй като могат да разрушават нормалните гени.

Преди учените са смятали, че тези елементи са предимно вредни и могат да причинят заболявания като хемофилия и рак. Д-р Хуан Джан (Juan Zhang), водещ съавтор и постдокторант, обаче открива, че РНК LINE-1 е много активна в ранните ембриони, което предполага, че тези елементи играят съществена роля в този критичен период.

"Ако транспозоните са лоши и опасни, защо наблюдаваме тяхната активност в ранния ембрион? Това е ембрион, който току-що е започнал своето формиране. Всяко опасно вмъкване в генома в този момент ще се разпространи през останалата част от развитието на индивида", заявява д-р Джан.

Транспозоните

ДНК транспозоните са примитивни генетични елементи, които колонизират всякакви видове организми – от бактерии до растения и животни. Те са паразитни елементи, които променят генома на гостоприемниците си. Изменят ги, като се намножават и местят между отделните хромозомни части чрез процеси, катализирани чрез специални протеини, които кодират (транспозази). Процесът се нарича транспозиция, от лат. Transponere, премествам. Принадлежат към два класа, които се различават според техния механизъм на преместване (транспозиция). Те могат да бъдат накратко описани като: „копирай и постави” (клас I) и „изрежи и постави”(клас II).

Илюстрацията представя двата механизми на транспозиция: 1.„изрежи и постави” 2. ”копирай и постави”. Схема: Lauren Solomon, Broad Communicatios

Клас I се наричат ретротранспозони и се копират в два стадия. Първо се синтезира РНК, като за матрица се използва ДНК, после от РНК се синтезира отново ДНК. Тогава новосинтезираната (копираната) ДНК се вмъква на нова позиция в генома.

Разликата при клас II, е че липсва междинната стъпка с РНК. При този клас траспозонът се отрязва и зашива на ново място с помощта на няколко вида ензими.

В човека транспозоните са 4 милиона, повечето – от неактивни фосилни останки от някога активни транспозони, и обхващат впечатляващите 50% от целия геном. Такова огромно количество няма как да не повлияе на генома.

Мутациите, причинени от вмъкване на траспозона в ДНК или обмяната на гени между вкараните транспозонни елементи, могат да помогнат за увеличаване разнообразието в гените, което от своя страна води до различия между индивидите, които в някои случаи води до различна приспособимост. Оттам – тези, които са се приспособили по-добре към средата си на живот стават двигател на еволюцията. По този начин активността на транспозоните може да влияе на и в редки случаи да благоприятства видовете. Примери на включване на транспозони, които да въздействат положително на геномите на техните гостоприемници, са малко. В повечето случаи въздействието им е отрицателно.

Транспозоните участват в множество клетъчни процеси. Установено е, че участват в развитието на човешки ракови заболявания чрез процеси като: геномни пренареждания или активиране на гени. Процесите се извършват чрез обмяна на гени между отделни хромозомни региони.

Когато д-р Джан блокира активността на LINE-1 в човешките ембрионални стволови клетки, клетките се връщат в много ранен стадий, наречен 8-клетъчен стадий, където всички клетки са идентични и могат да се превърнат както в ембрион, така и в плацента. С по-нататъшното развитие на стволовите клетки все пак могат да образуват ембрионални клетки, о стават по-малко способни да допринасят за плацентата, която е жизненоважна за снабдяването на майката с хранителни вещества.

По-нататъшни изследвания разкриха, че РНК LINE-1 помага за организирането на ДНК в ядрото на клетката. Тя играе решаваща роля за преместването на хромозома 19, която съдържа важни гени за 8-клетъчния стадий, в определена област на ядрото, която заглушава определени гени. Тази организация помага да се гарантира, че ембрионът може да продължи да се развива по подходящ начин.

"Ние показваме, че LINE-1 регулира генната експресия в ключов повратен момент, когато ембрионът започва да специализира клетките си за различни функции. Резултатите ни показват, че това не е случаен, а жизненоважен еволюционен механизъм", обяснява д-р Джан.

Изненадващо е, че елементите LINE-1 не просто подскачат наоколо и причиняват вредни мутации. Те играят решаваща роля в подпомагането на гладкото протичане на ранното човешко развитие. Това откритие подчертава значението им в ранните етапи на растежа.

Откритията биха могли да окажат значително влияние върху лечението на безплодието и изследванията на стволовите клетки за регенеративна медицина. Те също така откриват нови възможности за изследване на ролята на LINE-1 при заболявания като неврологични разстройства и рак.

Справка: Juan Zhang, Lamisa Ataei, et al. LINE1 and PRC2 control nucleolar organization and repression of the 8C state in human ESCs. Developmental Cell. DOI: 10.1016/j.devcel.2024.09.024

Източник: ‘Selfish DNA’ played a key role in early human development, Pranjal Malewar, ТechЕxplorist

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Медицина

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !