Учёные доказали, что у людей продолжают формироваться новые гены

По мнению учёных, геном человека постоянно изменяется, и в нём формируются новые гены. Многие из них возникли миллионы лет назад в процессе эволюционного разделения линий людей и шимпанзе от линии горилл. Недавно исследователи обнаружили 155 новых генов в ДНК человека, один из которых активно транскрибируется в тканях сердца, а несколько других связаны с развитием заболеваний, в том числе мышечных дистрофий. Результаты научной работы опубликованы в журнале Cell Reports.

Новые гены могут формироваться вследствие изменения последовательностей уже существующих или возникать de novo. Одним из способов обнаружения новых генов является исследование открытых рамок считывания, которые могут кодировать синтез микропротеинов. Учёные из Греции и Ирландии изучили недавно опубликованный набор данных о человеческих микропротеинах и проанализировали эволюционное происхождение неканонических открытых рамок считывания.

«Нас давно интересует вопрос происхождения и эволюции генов. Этот проект был запущен ещё в 2017 году, однако мы вынуждены были приостановить его на несколько лет, до публикации параллельного исследования, данные которого были необходимы для продолжения нашей работы», – говорит ведущий автор исследования Николаос Вакирлис (Nikolaos Vakirlis), научный сотрудник Исследовательского центра биомедицинских наук Александра Флеминга в Греции (Biomedical Sciences Research Center «Alexander Fleming» in Greece).

Одной из целей исследования являлось определение эволюционных особенностей открытых рамок считывания. Команда опиралась на результаты работы, посвящённой профилированию рибосом для выявления транслирующихся открытых рамок считывания. Из опубликованного набора данных исследователи выделили 715 неканонических открытых рамок считывания и сопоставили их с атласом транскриптома человека. Далее учёные построили филогенетические древа, с помощью которых сравнили выделенные рамки считывания у 99 видов позвоночных, так было обнаружено 155 последовательностей с вероятным происхождением de novo. Некоторые из них и связанные с ними микропротеины зародились во время формирования млекопитающих как класса, а другие появились позднее – у предков высших приматов.

Исследователи отмечают, что некоторые из микропротеинов, которые кодируют эти рамки считывания, являются функционально значимыми. Это было доказано с помощью применения инструмента для редактирования генома CRISPR-Cas9: разрушение 44 рамок считывания привело к формированию определённых эффектов. В связи с этим исследователи предположили, что генерация функциональных микропротеинов не прекращалась со времён происхождения млекопитающих, а микропротеины, возникшие de novo, становятся биологически значимыми и функциональными в течение относительно небольшого эволюционного промежутка.

Также были выявлены три патогенных или вероятно патогенных варианта (в базе данных dbSNP), которые находились в экзонах этих рамок считывания. Например, одна патогенная мутация оказалась связана с мышечной дистрофией, другая – с пигментным ретинитом, а третья – с синдромом Алазами, – все они находятся в рамках считывания, которые впервые возникли у обезьянообразных. Соответственно синтез некоторых микропротеинов может иметь клиническое значение.

Другой микропротеин появился примерно в тот период, когда предки людей и шимпанзе отделились от линии горилл, – он активно экспрессируется в тканях сердца. Исследователи считают, что это яркий пример функциональной эволюции вновь возникшего белка.

«Следующие исследования будут посвящены изучению функций и клинического значения новых микропротеинов», – сказал Вакирлис.

«Несмотря на то, что эти генетические последовательности сложно изучать, исследователи должны учитывать их влияние на фенотип. Мы считаем, что геном человека скрывает гораздо больше функционально значимых генов, чем нам известно на сегодняшний день», – говорит ведущий автор исследования Аоиф МакЛизахт (Aoife McLysaght) из Тринити-колледжа в Дублине (Trinity College Dublin).