Эволюцию генома человека определила внутренняя «гонка вооружений»

Новое исследование геномов приматов показало, что сложность генетики человека возникла благодаря эволюционной «гонке вооружений» между ретротранспозонами, прыгающими по геному, и генами, которые пытаются их контролировать и подавлять. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Крус впервые выявили у человека быстро эволюционирующие гены, кодирующие репрессорные белки, которые отключают те или иные ретротранспозоны. Об этом рассказывает журнал Nature.

«Кодирующих белки генов у людей примерно столько же, сколько у лягушек — двадцать тысяч, однако наш геном устроен гораздо сложнее, в нем больше уровней регулирования. Наше исследование объясняет, как возникли эти структуры», — отмечает руководитель научного коллектива Софи Сэлэма (Sofie Salama).

Ретротранспозоны считаются останками древних вирусов, которые заражали первых животных Земли, и в итоге включили свои гены в их геномы — теперь только там они способны размножаться, прыгая от одного участка к другому. Обычно этот процесс не имеет пагубных последствий для организма и приводит лишь к росту объема генома (до 50 процентов его составляют мобильные генетические элементы). Однако иногда он мешает работе нормальных генов, что вызывает заболевания. Из-за высокой вероятности таких опасных событий естественный отбор благоприятствует эволюции механизмов, предотвращающих «прыжки» генов.

Выявленные репрессоры принадлежат к KRAB-белкам с цинковыми пальцами — крупнейшему в организме млекопитающих семейству ДНК-связывающих белков, подавляющих активность генов. В геноме человека эти белки кодируют порядка 400 генов, причем 170 из них возникли после того, как приматы выделились в отдельный отряд.

Ученые выяснили, что два белка в организме человека (ZNF91 и ZNF93) связывают и подавляют два крупных класса ретротранспозонов (SVA и L1PA), которые относительно недавно, по меркам генетики, активизировались у приматов. Реконструкция древних геномов этих животных показала, что 8-12 миллионов лет назад белок ZNF91 претерпел структурные изменения, благодаря которым он смог подавлять SVA.

Далее эксперименты с ZNF93 («борцом» с LIPA) наглядно продемонстрировали, как развивается «гонка вооружений» между прыгающими генами и репрессорами. Один из недавно возникших типов LIPA утратил фрагмент ДНК, содержащий участок связывания с ZNF93 — и так стал неуязвимым для репрессора. В ответ на это следует ожидать новой модификации последних.

«KRAB-белки с цинковыми пальцами – это редкий класс белков, продолжающий бурно развиваться и эволюционировать в геномах млекопитающих. Это вполне оправданно: ведь мобильные генетические элементы сами постоянно меняются, чтобы уйти от репрессоров», — заявила Сэлэма.