Объяснена загадка «неслучайного» появления генов

Ученые Института биотехнологии Хельсинского университета объяснили одну из загадок возникновения новых генов. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Молекулярные биологи раскрыли механизм образования палиндромных последовательностей в геноме, которые, в свою очередь, способствуют появлению генов микроРНК. Палиндромные последовательности выражаются в том, что на каком-либо отрезке двойной цепочки ДНК последовательность на одной цепи идентична последовательности комплементарной ей цепи в обратном направлении. Хотя эти последовательности важны для стабилизации структур матричных РНК, вероятность того, что они образуются в результате случайных мелких мутаций в генах, кодирующих микроРНК, чрезвычайно мала.

Оказалось, что палиндромые последовательности возникают в результате крупных ошибок репликации ДНК. Эти ошибки, называемые переключением матрицы ДНК, происходят, когда репликативный механизм случайно переключается на комплементарную цепь, создавая копию комплементарного фрагмента внутри новой цепи.

Поскольку ДНК используется в качестве шаблона для синтеза матричных РНК, то палиндромы приводят к возникновению в РНК структур в виде шпилек, играющих важное регуляторное значение. Было показано, что мутации переключения матрицы участвовали в появлении более шести тысяч шпилечных структур в линии приматов, что привело к появлению по меньшей мере 18 новых генов микроРНК человека. Это составляет 26 процентов микроРНК, которые, как предполагается, возникли с появления первых приматов.

Как заключают авторы, высокая частота переключений матрицы обеспечивает генный материал для последующей эволюции. Появление микроРНК благодаря этим крупным мутациям на несколько порядков быстрее, чем другие механизмы, предложенные для создания новых генов, и позволяет почти мгновенно перепрограммировать генетическую информацию и быстро адаптироваться к изменяющейся среде.