Генетические мутации в разных организмах срабатывают по-разному

Генетические мутации в разных организмах срабатывают по-разному

Гены и белки у разных видов живых существ часто очень похожи по строению и функциям, и можно было бы ожидать, что неблагоприятная мутация, попав в такой белок, окажется одинаково плохой для любого «владельца» этого белка, будь он человек или мышь. Но, когда исследователи из Университета Дьюка вместе с коллегами из Гарварда сравнили присутствие или отсутствие таких мутаций в сотне геномов, включая человеческий, то оказалось, что одни и те же погрешности в ДНК могут вызывать у человека серьёзные болезни и одновременно никак не вредить животным.

На самом деле похожие работы выполнялись и раньше, правда, не на таком обширном материале. У теории эволюции есть вполне удовлетворительное объяснение того, почему одна и та же мутация у разных видов приводит к разным последствиям: неблагоприятные модификации могут быть сбалансированы, «забуферированы» другими мутациями, которые у одних видов есть, а у других нет. С одной стороны, буферный механизм может срабатывать в пределах того же самого гена, в который попала плохая мутация.

Как известно, особенности функционирования молекул белков зависят от того, какую объёмную конфигурацию приобрела полипептидная цепь. Конфигурация зависит от аминокислотной последовательности, зашифрованной в гене, и, если в гене произошла замена, то и вместо одной аминокислоты в белке может оказаться другая, из-за которой правильная пространственная укладка уже не получится. Но в аминокислотной последовательности белка могут произойти и другие замены, которые станут чем-то вроде «подпорок» для функциональной структуры молекулы. С другой стороны, компенсация может происходить за счёт множества мутаций в других участках генома: пусть какой-то белок начал работать плохо, но зато мы сбалансируем его плохую работу, оптимизировав другие белки.

В статье в Nature Николас Катцанис (Nicholas Katsanis) и его коллеги описывают, как им удалось подтвердить существование буферного механизма. Они смогли проследить судьбу одних и тех же неблагоприятных мутаций у разных видов: если у такой мутации была поддержка, она сохранялась, если нет - вид быстро терял такой вариант белка. В более строгой формулировке это выглядит так: в каждом следующем поколении в живых оставались те особи, у которых плохая мутация или была сбалансированной, или же просто исчезала. Если она так и оставалась одна, без буферного механизма, то она сильно ухудшала жизнь её владельцу, и особь с мутацией гибла из-за неприспособленности к среде, будучи не в состоянии оставить достаточное количество потомков.

Авторам работы удалось даже создать модель, которая позволяла предсказывать, в каком месте у гена должны появиться компенсирующие модификации для той или иной неблагоприятной мутации. Подчеркнём, что речь здесь идёт только об изменениях в том же самом гене; ситуацию, когда компенсация может происходить за счёт изменений во множестве других участках генома, исследователи подробно не рассматривали.

Полученные результаты ещё раз говорят о том, что не стоит оценивать мутации (или их отсутствие) в чёрно-белом свете, даже если речь идёт об однозначно неблагоприятных дефектах ДНК. Их эффект может сильно зависеть от контекста, и особенно об этом следует помнить, когда мы изучаем человеческие мутации, перенося их в модельные организмы - оказавшись в новом окружении, мутация способна повести себя не так, как у организма-«хозяина».

Более того, даже у двух разных людей одна и та же мутация может проявиться по-разному. Во-первых, в нашей ДНК есть индивидуальные отличия, погрешности в генетическом коде, которые есть только у конкретного индивидуума и больше ни у кого. Сами по себе они оказываются часто совершенно нейтральными, но зато могут создавать пресловутый контекст. В ещё одной недавней статье, опубликованной в The American Journal of Human Genetics, говорится, что примерно из ста людей с болезнетворными мутациями около 40% будут вполне здоровы, как по субъективным ощущениям, так и по клинической картине.

Для генетиков всё это не новость: в обычных школьных учебниках можно найти описание того, от чего зависит проявление гена в фенотипе, то есть во «внешнем признаке» (например, в виде болезни, цвета глаз, роста и т. д.). Во-первых, гены обычно присутствуют у нас в двух копиях, материнской и отцовской, и смертельная мутация в одной из них может быть сбалансирована вполне здоровым вторым экземпляром. Кроме того, многие гены присутствуют в геноме более чем в двух копиях, и проявление признака, который такой ген контролирует, зависит от того, сколько из них находятся в работоспособном состоянии. Во-вторых, то, что мы называем признаком, может определяться работой сразу нескольких генов, и для того, чтобы признаку «стало плохо», нужно испортить несколько его генетических составляющих. В-третьих, разные гены, имеющие отношение к разным признакам, влияют друг на друга - это явление называют эпистаз, и как раз он может работать тогда, когда имеет место «забуферивание» плохой мутации другими генами. Список механизмов, определяющих эффект от мутации и от гена вообще можно продолжить, и чем больше мы будем знать о них, тем понятней будет нам, как бороться с заболеваниями, начинающимися с повреждений ДНК.

Newsland.ru

Похожие новости:
Раскрыт механизм эволюции смертельно опасных бактерий
Ученые из Института Броуда и Гарвардского университета выявили мутации, которые способствуют появлению супербактерий — микроорганизмов, устойчивых к различным антибиотикам и вызывающих неизлечимые заболевания. Статья исследователей опубликована в журнале eLife.Изменения в ДНК могут привести к развитию резистентности к антибактериальным препаратам. Например, ..
2017-02-27 8830 0 Научные открытия
0
Расшифрован геном сперматозоида
Впервые расшифрован геном человеческой половой клетки. Об успешном завершении длившегося почти десятилетие процесса расшифровки полного генома сперматозоида объявила группа ученых из Стэнфордского университета. Результаты их работы опубликованы 20 июля в журнале Cell. По информации ScienceNews, ставшая объектом исследования ..
2012-07-22 1562 0 Научные открытия
0
Женщины живут дольше мужчин из-за мутации ДНК
Наибольший разрыв в сроке жизни между полами - на Украине: мужчины - 62 года, женщины - 74. Большая продолжительность жизни женщин по сравнению с мужчинами объясняется генетическим сбоем, который передается из поколения в поколение. ДНК, отвечающие за энергию, передаются только по материнской линии. Ученые ..
2012-08-3 1809 0 Научные открытия
0
В клетках обнаружены прогнозирующие рак «часы смерти»
Вероятность развития рака у человека может быть предопределена двумя «часами» мутаций ДНК, обнаруженными практически во всех клетках организма человека. Об открытии сообщается на страницах журнала Nature Genetics, а коротко о нем рассказал New Scientist.Речь идет о мутациях в ДНК (изменениях отдельных ..
2015-11-11 2001 0 Научные открытия
0
Ученые нашли способ исправления мутаций в митохондриальной ДНК
Исследователи из Калифорнийского университета нашли способ исправления мутаций в митохондриальной ДНК человека. Теперь с помощью корректирующих РНК можно бороться с последствиями множества митохондриальных заболеваний. Мутации в митохондриальном геноме человека ответственны за ряд нервно-мышечных заболеваний, метаболических дефектов и старение. До сих пор не существовало методов для исправления ..
2012-03-15 2294 0 Научные открытия
0
Ученые доказали, что радиация даже в малых дозах – вредна
В последнее время нас все больше убеждают в том, что радиационный фон существующий на нашей планете – безвреден, но так это? За последние годы радиационный фон сильно вырос и продолжает расти, пик роста составил в середине 20го века, когда велось активное испытание радиационного оружия. ..
2011-10-15 2203 0 Научные открытия
1
Генетические цепочки обладают функциями логики и памяти
Специалисты по синтетической биологии из Массачусетского технологического института создали «генетические цепочки», которые могут выполнять базовые логические функции в живых клетках. Кроме выполнения логических операций клетки бактерий, в которых находятся эти цепочки, могут запоминать результаты, поскольку ..
2013-02-16 1569 0 Научные открытия
0
Крупнейшее исследование выявило 74 предпосылки рака
Для проведения крупнейшего исследования онкологических заболеваний объединились ведущие специалисты из Кэмбриджа (University of Cambridge) и лондонского Института изучения рака (ICR). Они проанализировали ДНК 200 тысяч людей, половина из которых страдала онкологическими заболеваниями, а другая половина была здорова. Сравнение была ..
2013-03-29 2410 0 Научные открытия
0
Российские ученые обнаружили отвечающий за развитие инфаркта миокарда ген
Группа ученых из Московского государственного университета (МГУ) имени Михаила Ломоносова изучила генетические механизмы, стоящие за развитием атеросклеротических изменений сосудов, и обнаружила ген, отвечающий за развитие инфаркта миокарда. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Clinical and Experimental ..
2016-04-08 1810 0 Научные открытия
3
Найден генетический маркер обсессивно-компульсивного расстройства
Группа американских исследователей определила генетический маркер, связанный с развитием обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР). Свою работу ученые опубликовали в журнале Molecular Psychiatry, кратко с ней можно ознакомиться на сайте Phys.org. Авторы исследовали однонуклеотидный полиморфизм в популяции общей численностью 5061 ..
2014-05-14 1425 0 Научные открытия
0
Японским биологам удалось решить проблему клонирования
Генетикам Центра экспериментальной биологии RIKEN в Кобе (Япония) удалось 25 раз осуществить последовательное клонирование мышей, каждый раз получая полностью здоровых, фертильных особей, живших по два года (для мышей это нормальная продолжительность жизни). Учёные использовали тот же метод клонирования, благодаря ..
2013-03-14 1396 1 Научные открытия
0
Ученые предотвратили глухоту, передаваемую по наследству
Генетики научились лечить довольно серьезное заболевание — синдромом Ушера, который вызван дефектами в генетическом коде. Синдром вызывает у пациентов проблемы со слухом, зрением и чувством равновесия. Часто дети, рожденные с таким диагнозом, вскоре слепнут, а потом ..
2013-02-7 1448 0 Научные открытия
0
Биологи научились незаметно редактировать геном стволовых клеток
Биологи из Калифорнийского университета разработали метод детекции мутаций, который позволяет «побуквенно» редактировать геном стволовых клеток и не оставлять при этом следов в их ДНК. Описание новой технологии опубликовано в журнале Nature Methods. Редактирование генома стало возможным благодаря использованию ..
2014-02-10 1529 0 Научные открытия
0
Ученые раскрыли тайну генов-двойников
Генетики из Стэнфордского университета выяснили, почему некоторые копии генов, которые были удвоены в результате мутаций, сохраняются в геноме, несмотря на то, что большинство из них теряется или утрачивает свои функции. Оказалось, что гены-близнецы начинают поддерживать работу друг друга и потеря одного ..
2016-05-22 1527 0 Научные открытия
0
Ученые составили атлас мозга
Необычную карту создали американские ученые. Вместо морей и океанов на ней детально изображен человеческий мозг. С помощью этого атласа, как надеются исследователи, удастся разгадать тайны человеческого разума, пишет The Daily Mail. Атлас был разработан Алленовским институтом исследований головного ..
2012-09-25 2334 0 Научные открытия
0