Выявлена главная причина появления сложной жизни

Ученые Иллинойсского университета и Калифорнийского университета (США) выявили механизм, который мог сыграть решающую роль в возникновении сложной многоклеточной жизни у бактерий. По мнению исследователей, некодирующие генетические элементы, изначально существующие у микроорганизмов, способствовали увеличению размеров генома и специфической организации ДНК у эукариот. Об этом сообщается в пресс-релизе на EurekAlert!.

Известно, что почти половина всей ДНК человека состоит из ретротранспозонов — генетических элементов (иногда называемых генетическими паразитами), способных к перемещению и размножению в пределах генома. У бактерий они практически отсутствуют. При этом попытка ученых перенести ретротранспозон человека в клетку бактерий привела к гибели последних. Это было вызвано тем, что мобильные генетические элементы встраивались в гены, жизненно необходимые для бактерий.

Эукариоты обладают несколькими механизмами ремонта ДНК, поврежденной ретротранспозоном. Одним из таких механизмов является негомологичное соединение концов (NHEJ), при котором концы разрезанной ДНК сшиваются напрямую. При этом возможна потеря целых фрагментов ДНК. Однако перенос подобного механизма в клетки бактерий не только не помогал восстановить поврежденные гены, но и ускорял разрушение генома. Это указывает на то, что в эукариотах существуют специфические механизмы регуляции генома.

Одним из таких механизмов является сплайсосома — структура, состоящая из молекул РНК и белков, которая выполняет удаление некодирующих участков (интронов) из предшественников зрелой матричной РНК. Интроны характерны для генов эукариот, и в геноме человека их насчитывается более 300 тысяч. Считается, что эволюционным предшественником сплайсосомы были интроны 2-й группы — мобильные генетические элементы, имеющиеся у бактерий и способные катализировать свой собственный синтез. Интроны по своим свойствам очень напоминают бактериальный аналог ретротранспозонов.

По мнению ученых, интроны 2-й группы каким-то образом попали в клетки ранних эукариот, а их взаимодействие с NHEJ привело к появлению сплайсосомы. В некоторых случаях сплайсосома способна осуществлять альтернативный сплайсинг, то есть из матричной РНК некоторые интроны не вырезаются или, наоборот, вырезаются экзоны (кодирующие участки генов). Таким образом, гены стали способны кодировать несколько белковых продуктов, что способствовало усложнению живых организмов.

Кроме того, биологи полагают, что взаимодействие ретротранспозонов с NHEJ также способствовало появлению хромосом — трехмерных структур, в которые «упаковывается» генетический материал клетки, что влияет на активность многих генов.