Nature Communications: Генетический «мусор» помогает хромосомам находить правильных партнеров

Ученые Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) выяснили, как хромосомы находят своих «партнеров» перед делением половых клеток. Исследование на плодовых мушках показало неожиданную роль так называемой «мусорной ДНК» — повторяющихся участков генома, которые долгое время считались бесполезными.

У человека и животных клетки обычно содержат по две копии каждой хромосомы — одну материнскую и одну отцовскую. При образовании яйцеклеток и сперматозоидов их число должно уменьшаться вдвое. Этот процесс, называемый мейозом, необходим для того, чтобы после оплодотворения генетический набор вновь стал двойным. Перед разделением соответствующие материнская и отцовская хромосомы должны найти друг друга и соединиться. Ошибка на этом этапе может привести к неправильному распределению генетического материала.

Исследователи под руководством профессора Мадхава Джаганнатхана и аспирантки Лены Скрутл изучили этот механизм на примере формирования яйцеклеток у плодовых мушек Drosophila. Оказалось, что ключевую роль в поиске играют участки спутниковой ДНК — многочисленные повторяющиеся последовательности, которые прежде часто называли «генетическим мусором».

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Communications, наборы спутниковой ДНК на разных парах хромосом работают как своеобразные генетические штрихкоды. Они помогают хромосомам распознать подходящего партнера среди множества других хромосом внутри ядра.

Когда ученые удалили такие последовательности сразу с двух разных хромосом, система распознавания дала сбой: хромосомы начали соединяться с неправильными партнерами. Исследователи также обнаружили белок D1, который действует как своеобразный молекулярный «клей»: он распознает соответствующие участки спутниковой ДНК и соединяет подходящие хромосомы.

Если же «штрихкод» одной из хромосом изменен мутацией или частично утрачен, белок D1 может связать несовместимые хромосомы, нарушив их правильное спаривание.

Работа также может пролить свет на механизм образования новых видов. Спутниковая ДНК изменяется быстрее многих других участков генома. Если популяция оказывается географически изолированной, ее генетические «штрихкоды» со временем могут настолько различиться, что при последующей встрече хромосомы уже не смогут нормально спариваться. Это способно привести к бесплодию гибридов и, в конечном итоге, к разделению одной популяции на два вида.

Авторы подчеркивают, что пока механизм доказан только у Drosophila, и неизвестно, действует ли он у человека.