Быструю эволюцию мозга связали с длинными вставками в некоторых генах — Наука — ТАСС

Биоинформатики из МФТИ и Института математических проблем биологии РАН обнаружили неизвестные ранее особенности структуры генов, связанных с работой мозга.

В генах мозга обнаружен избыток особых длинных интронов / ©images.theconversation.com

Исследование опубликовано в журнале Plos One. Известно, что ДНК кодирует информацию о строении и функционировании живых организмов. В этой «книге жизни» последовательно, нуклеотид за нуклеотидом записана информация обо всех белках и РНК, образующихся в клетке. Фрагмент ДНК, кодирующий информацию об одном белке, называют геном, а способ «перевода» последовательности ДНК в аминокислотную последовательность белка — генетическим кодом.

Еще в 1960-х годах были открыты основные свойства генетического кода, среди которых важным является триплетность. Это свойство означает, что три последовательно стоящих нуклеотида (кодон) кодируют одну аминокислоту. Так, например, последовательность нуклеотидов ATG (аденин-тимин-гуанин) кодирует аминокислоту метионин, с которой обычно начинаются все белки живых организмов на стадии синтеза.

Со времен открытия генетического кода получено множество информации о структуре генов живых организмов. Стало известно, что гены эукариот (организмов, имеющих ядро) «раздроблены». Внутри гена между кодирующими участками, называемыми экзонами, присутствуют некодирующие фрагменты ДНК — интроны. При созревании РНК таких генов происходит вырезание интронов и сшивание экзонов — процесс, называемый сплайсингом.

Ученые высказывают различные гипотезы относительно того, каким образом и как давно произошли интроны. В частности, наличие интронов делает возможным альтернативный сплайсинг — процесс выборочного сшивания различных экзонов, что позволяет получить различающиеся последовательности белка с одного гена. Это обеспечивает количество различных белков в клетках, значительно превосходящее общее количество генов.

Также важным механизмом эволюции генов, в котором участвуют интроны, является так называемое «перемешивание экзонов». В этом процессе, например, «лишний» экзон может добавиться между двумя другими экзонами гена в процессе рекомбинации. Таким образом возникают новые гены.

Ввиду доступности полной последовательности геномов многих организмов, сегодня ученые имеют возможность детально анализировать эволюцию интронов. Известно, что интроны могут иметь различную длину (от нескольких десятков пар до нескольких сот тысяч пар нуклеотидов), а также различную фазу. Интроны фазы 0 расположены между кодонами, фазы 1 — после первого нуклеотида кодона, фазы 2 — после второго.

Биоинформатики из МФТИ и ИМПБ РАН проанализировали, как соотносятся между собой длина и фаза интронов у человека и мыши. «До нас никому не приходило в голову изучить связь длины интрона с его фазой — потому что здравый смысл говорит о том, что никакой связи между ними быть не должно (как между ростом человека и цветом его глаз например)», — комментирует Евгений Баулин, сотрудник лаборатории прикладной математики ИМПБ и кафедры алгоритмов и технологий программирования МФТИ.

К удивлению авторов исследования, была обнаружена группа генов, содержащих необычно много длинных (более 50 тысяч пар нуклеотидов) интронов фазы 1. Причем такие гены были связаны с передачей нервного импульса в мозгу. Проведя детальный анализ множества научных публикаций, исследователи смогли собрать пазл разрозненных фактов в стройную картину. Оказалось, что наличие интронов фазы 1 у данной группы генов объясняется в большинстве случаев наличием в начале белков особой аминокислотной последовательности, сигнального пептида.

Задача этого пептида — направить белок к месту его работы, в случае рецепторов нервных клеток — в плазматическую мембрану. В свою очередь, относительно большая длина данных интронов тоже косвенно связана с наличием сигнального пептида. Сигнальный пептид у таких белков всегда расположен в начале молекулы, а кодирующий его фрагмент ДНК — в начале гена. А именно в начале гена очень часто находятся длинные интроны, потому что в них находятся регуляторные последовательности ДНК, важные для синтеза данного белка.

В результате работы авторы смогли расшифровать стройную и цельную картину механизма перемешивания экзонов и участия длинных интронов фазы 1 в нем. «Этот механизм обеспечивает ускоренную эволюцию межклеточных и мембранных белков у животных, в частности, наиболее молодых из них — белков, обеспечивающих передачу нервных импульсов в клетках мозга», — заключает Евгений Баулин.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.

Источник: https://naked-science.ru

В данной статье мы постарались собрать все основные и актуальные новости из СМИ о данном событии.

Избыток особых длинных интронов был обнаружен в генах мозга

Во время нового исследования ученые обнаружили ранее неизвестные особенности структуры генов, которые связаны с работой мозга.

Ученые проанализировали соотношение длины и фазы интронов у мыши и человека. Это помогло исследователям обнаружить группу генов, которые содержат много длинных интронов. Эти гены были связаны с передачей нервного импульса в мозгу. Подробный анализ дал ученым понять, что наличие интронов у данной группы генов объясняется наличием в начале белков особой аминокислотной последовательности – сигнального пептида.

Его задача – направлять белок к месту работы. С наличием сигнального пептида косвенно связана большая длина данных интронов.

Источник: https://rusargument.ru

В генах мозга выявлен избыток особых длинных интронов

Ученые во время нового исследования ученые выявили ранее неизвестные особенности структуры генов, связанных с работой мозга.

Специалисты проанализировали соотношение фазы и длины интронов у человека и мыши. Это помогло ученым обнаружить группу генов, которые содержат много длинных интронов. Эти гены связаны с передачей нервного импульса в мозгу. Данный анализ дал исследователям понять, что у группы генов наличие интронов объясняется наличием в начале белков особой аминокислотной последовательности – сигнального пептида.

Его задача – это направлять белок к месту работы. большая длина данных интронов косвенно связана с наличием сигнального пептида.

Источник: https://goroday.ru

Быструю эволюцию мозга связали с длинными вставками в некоторых генах — Наука — ТАСС

ТАСС, 30 июня. Российские молекулярные биологи и математики обнаружили, что в некоторых генах, которые связаны с развитием и работой мозга человека и других млекопитающих, содержится много необычно длинных интронов – вставок внутри генов. Это ускоряет их эволюцию, пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в научном журнале PLOS ONE.

"Этот механизм обеспечивает ускоренную эволюцию межклеточных и мембранных белков у животных. Это в особенности касается наиболее "молодых" из них – белковых молекул, обеспечивающих передачу нервных импульсов в клетках мозга", – рассказал один из авторов работы, сотрудник Института математических проблем биологии РАН и МФТИ Евгений Баулин.

Геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%. Однако наши нервные системы развиваются совершенно по-разному и в старости страдают от разных проблем. Это мешает использовать человекообразных приматов для того, чтобы изучать на них болезни и выяснять историю того, как человек научился членораздельно говорить и мыслить.

За последние годы биологи нашли множество отвечающих за развитие мозга генов, структура которых у человека и шимпанзе отличается друг от друга. Однако те участки ДНК, которые отвечают за необычайно крупные по сравнению с остальным телом размеры нашего мозга, ученые так и не нашли.

Сейчас ученые предполагают, что причина отличия двух видов кроется не столько в структуре генов, сколько в том, насколько различается активность этих генов во время формирования зародыша и роста ребенка.

Баулин и его коллеги выяснили, по какому механизму могут появляться подобные различия. Для этого они проанализировали, как были устроены различные гены, связанные с работой и формированием мозга в геноме человека и мышей.

Генетические "дирижеры" эволюции

В частности, ученых интересовало то, как много в подобных сегментах ДНК может быть различных типов интронов – вставок между значащими частями гена. Когда клетка считывает генетическую информацию, интроны не считываются и, таким образом, не влияют на структуру белка. При этом они влияют на так называемый альтернативный сплайсинг.

Так ученые называют процесс избирательного чтения одного и того же гена, благодаря которому один участок ДНК может хранить в себе инструкции по сборке разных типов похожих, но при этом разных белковых молекул. Интроны очень изменчивы, поэтому ученые задумались о том, какую роль разные типы подобных вставок могут играть в эволюции мозга.

Анализируя их структуру, математики и биологи обнаружили необычную закономерность. В определенной категории генов они нашли необычно длинные интроны, в которых было несколько десятков тысяч "букв"-нуклеотидов. Они были вставлены после первого нуклеотида в блоке, который управляет производством произвольной аминокислоты в начальной части гена.

Проанализировав структуру и функции этих участков ДНК, ученые выяснили, что большинство из них было связано с конкретным аспектом работы мозга. Гены с подобными длинными вставками внутри кодирующих участков чаще всего были задействованы в работе нервных окончаний и передаче сигналов между нервными клетками.

В общей сложности Баулин и его коллеги нашли 153 участков ДНК подобного рода. Часть из них была связана с развитием шизофрении и других расстройств психики.

Подобное положение интронов, как считают ученые, не было случайным, так как они располагались рядом с ключевой частью этих белковых молекул, так называемым сигнальным пептидом. Он играет роль "маршрутной карты" для клетки и заставляет ее транспортировать это вещество в другой ее регион или выделить белок в окружающую среду, где его считает другой нейрон.

Сам интрон, в свою очередь, регулирует активность того гена, в котором он находится, влияя на то, насколько активно нервная клетка будет считывать этот участок генома. В прошлом это вкупе с его высокой изменчивостью могло помогать ускоренной эволюции генов, которые связаны с работой и ростом мозга животных и предков человека, заключают ученые.

Источник: https://nauka.tass.ru

Смотрите видео: . Савельев — Переломный момент эволюции

Оцените статью
Добавить комментарий