«Мусорная» ДНК способствует развитию рака

«Мусорная» ДНК способствует развитию рака

Дендритные клетки

Wikimedia commons

Некодирующая часть генома человека, так называемая «мусорная» ДНК, оказалась важным источником пептидов-антигенов, которые можно использовать для иммунотерапии рака, выяснила группа ученых из Канады. Они придумали и опубликовали в журнале Science Translational Medicine методику, которая позволяет усовершенствовать этот процесс.

Наша иммунная система умеет выискивать раковые клетки и уничтожать их самостоятельно, но в некоторых случаях она их не замечает — из таких «невидимых» клеток и получаются опухоли. Но если объяснить ей что именно надо искать — дать «понюхать» что-нибудь, присущее только раковым клеткам, она, как собака-ищейка, сможет их распознать и истребить.

В этом заключается суть противораковой иммунотерапии. «Нос» и «зубы» иммунной системы — это ее T-лимфоциты, которые проверяют клетки на наличие подозрительных фрагментов белков. Клетки имеют на своей поверхности так называемый Главный Комплекс Гистосовместимости (ГКГ), к которому прикреплены антигены, пептиды из этой клетки.

Если лимфоцит находит клетку с ГКГ с антигеном, который он обучен распознавать, то разрушает ее. Ученые придумали подсовывать дендритным клеткам — тренерам, натаскивающим лимфоцитов — ракоспецифичные антигены, которые те не заметили самостоятельно, и тем самым активировать на них иммунный ответ.

Из-за сложностей поиска на данный момент обнаружено не очень много эффективных антигенов подходящих для создания вакцин.

Группа ученых во главе с Селин Лёмон (Celine Laumont) из университета Монреаля придумала новый способ находить пептиды, которые подходят для обучения иммунной системы.

Сейчас чаще всего для этого используют так называемую реверсивную иммунологию, когда на основании экзомного секвенирования находят в раковых клетках характерные для них мутантные участки генов, а затем отфильтровывают те, продукты которых могут хорошо связываться с ГКГ.

При этом большая часть найденных антигенов оказываются «пустышками» из-за того, что метод не учитывает остальные стадии взаимодействия ГКГ с антигеном помимо связывания, так что приходится дополнительно верифицировать кандидатов дополнительными методами. В итоге количество потенциальных мишеней для активации иммунной системы оказывается невелико.

При этом в расчет берутся обычно только мутантные антигены, тогда как неизмененные последовательности, экспрессирующиеся только в раковых клетках, остаются за бортом анализа.

Также из поиска исключаются некодирующие куски генома, например межгенные участки или интроны. Последние занимают большую часть генома, могут содержать массу раковых мутаций и в принципе участвовать в транскрипции и затем в белковом синтезе.

Ликвидировав эти два недочета существующей методологии, исследователи нашли новые перспективные антигены.

Для этого секвенировали всю РНК двух линий раковых клеток и проанализировали двумя способами. Первый был направлен на поиск активных генов с однонуклеотидными ракоспецифичными заменами в кодирующей последовательности.

Второй же был направлен на то, чтобы обнаружить любые участки РНК, которые в обилии водились в раковых и отсутствовали в обычных клетках. Поиск подходящих кандидатов по объединенной базе таких фрагментов и последующая валидация результатов дали для одной линии раковых клеток 14 потенциальных антигенов, а для другой 7.

Оказалось, что большая их часть получилась из-за трансляции некодирующих областей генома и была бы пропущена при использовании стандартного протокола.

После этого исследователи проверили эффективность пяти самых перспективных пептидов на мышах. Они иммунизировали их дендритными клетками с этими антигенами и затем вкололи раковые клетки. С контрольными мышами проводили те же манипуляции, но дендритные клетки были без соответствующих антигенов.

Три кандидата оказались особенно удачными: они заметно продлили мышам жизнь, а уровень Т-клеток, обученных на поиск этих антигенов, оказался выше контрольного.

Затем они перешли от экспериментов на мышах к семи человеческим первичным раковым линиям и аналогичным способом нашли 22 потенциальных антигенов, из которых два были мутантными, а остальные снова относились к неправильно экспрессирующимся.

Новый метод позволил существенно расширить наши представления о потенциальных раковых антигенах — оказалось, что большое их количество можно обнаружить, заглянув в некодирующие области генома, обойденные вниманием стандартной стратегии поиска.

Если такие антигены в изобилии водятся в раковых клетках и хорошо подходят для «дрессировки» лимфоцитов, они могут быть использованы для вакцинации.

Более подробно об этом и других подходах иммунотерапии вы можете прочитать в нашем обзорном материале.

Вера Мухина

Учёные выявляют роль «мусорной ДНК» в распространении рака

«Мусорная» ДНК способствует развитию рака

Чем глубже исследователи изучают так называемую «мусорную» ДНК, тем меньше подходит ей это определение.

Считается, что лишь 2 % генов в геноме человека кодируют функциональные белки, участвующие в каких-либо биологических процессах. Остаётся ещё около 98 % процентов ДНК, которую уже много лет называют «мусорной» и рассматривают разве что как бесполезный артефакт.

На данный момент установлено, что некоторые гены из «мусорной ДНК» подвергаются транскрипции в молекулы РНК, поддерживающие работу клетки — транспортные РНК (тРНК) и микроРНК, хотя остальные гены, если и продуцируют РНК, то они по-прежнему считаются нефункциональными и «мусорными».

Ранее группа исследователей из лаборатории Шеннон Лауберт (Shannon Lauberth) Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California San Diego) обнаружила несколько тысяч энхансерных РНК (эРНК; eRNAs), которые стабильно вырабатываются в подвергшихся озлокачествлению клетках толстого кишечника в ответ на постоянный сигналинг иммунной системы. Оставался невыясненным вопрос о возможной функциональной роли эРНК в клетке. Недавно в лаборатории Лауберт установили, что эРНК играют значительную роль в распространении злокачественных опухолей. Результаты исследования опубликованы в журнале «Nature Structural and Molecular Biology».

Учёные обнаружили, что эРНК играют прямую роль в активации генов, которые важны для развития опухоли.

Подобное воздействие облегчается и тем, что эРНК способны взаимодействовать непосредственно с белком BRD4, для которого показано непосредственное участие в распространении злокачественных опухолей.

Белок BRD4 признан многообещающей мишенью в противоопухолевой терапии и в настоящий момент ведутся активные клинические испытания препаратов, разработанных для подавления BRD4.

Исследователи полагают, что механизм действия эРНК, как ключевых регуляторов рака, заключается в усилении связывания BRD4 с ДНК и его закреплении на ДНК, что поддерживает на высоком уровне активность генов, способствующих развитию опухолей. Устранение некоторых эРНК приводит к значительному уменьшению экспрессии генов, находящихся под одновременной регуляцией эРНК и BRD4, и способствующих развитию опухолей.

По словам исследователей, их результаты согласуются с набирающим силу представлением о том, что эРНК являются функциональными молекулами, а не просто отражают активацию энхансерных участков ДНК или же выступают побочным продуктом транскрипции ДНК. Это может изменить восприятие «мусорной ДНК» и процессов регуляции экспрессии генов в клетках человека.

В будущем учёные из лаборатории Лауберт планируют изучить механизмы синтеза эРНК и их роль в регуляции генов, а также методы, необходимые для разработки противоопухолевых препаратов, нацеленных на эРНК.

Ученые выяснили, зачем нужна «мусорная» ДНК

Исследователи из Института наук о жизни при Университете Мичигана и Медицинского института Говарда Хьюза определили, как сателлитная ДНК, которая считалась «мусорной ДНК», играет важнейшую роль в сборке генома.

Выводы ученых, опубликованные в журнале eLife, показывают, что генетический «мусор» играет жизненно важную функцию обеспечения правильного расположения хромосом внутри ядра клетки, что необходимо для выживания клеток.

И эта функция, по всей видимости, сохранилась у многих видов.

«Мусорная» ДНК способствует развитию рака

Зачем нужна «мусорная» ДНК?

Перицентромерная сателлитная ДНК состоит из очень простой и часто повторяющейся последовательности генетического кода.

И хотя на ее долю приходится значительная часть нашего генома, сателлитная ДНК не содержит каких-либо конкретных инструкций по созданию каких-либо конкретных белков.

Более того, ее повторяющийся характер, как полагали, делает геном менее стабильным и более уязвимым для повреждений или болезней. До недавних пор ученые считали, что «мусорная», или «эгоистичная», ДНК не играет никакой роли и не служит никакой цели.

«Мы не могли просто так смириться с мыслью о том, что это просто геномный мусор», говорит Юкико Ямашита, профессор исследований в LSI и ведущий автор исследования. «Если она нам не нужна и мы не получаем от нее ничего, эволюция бы наверняка от нее избавилась. Но этого не произошло».

Ямашита и ее коллеги решили посмотреть, что произойдет, если эта клетки не будут использовать перицентромерную сателлитную ДНК. Поскольку она существует в виде длинных повторяющихся последовательностей, ученые не могут просто мутировать или вырезать всю ДНК из генома. Вместо этого они поручили дело белку D1, который связывается с сателлитной ДНК.

Ученые удалили D1 из клеток широко используемого для испытаний организма, Drosophila melanogaster (плодовая мушка). И тут же обнаружили, что зародышевые клетки — которые обычно превращаются в сперму или яйцеклетки — умирают.

Дальнейший анализ показал, что умирающие клетки формировали микроядра или крошечные почкования за пределами ядра, которые включали части генома. Без всего генома, инкапсулированного в ядро, клетки не могли выжить.

Ученые считают, что белок D1 связывается с сателлитной ДНК, собирая все хромосомы в ядре. Если белок D1 не может захватить сателлитную ДНК, клетка теряет способность образовывать полное ядро и умирает. Дальнейшие испытания показали, что сателлитная ДНК необходима для выживания клеток у разных видов, которые встраивают ДНК в ядро, включая и людей.

Ученые "расшифровали" раковые клетки и обещают революцию в лечении — BBC News Русская служба

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки

7 февраля 2020

«Мусорная» ДНК способствует развитию рака

Автор фото, Science Photo Library

Международная команда ученых впервые полностью расшифровала генетическую информацию 38 видов раковых клеток, составив исчерпывающий каталог мутаций ДНК, приводящих к развитию онкологических заболеваний.

Беспрецедентное по масштабу исследование «Анализ полного генома всех видов рака» (PCAWG) заняло более 10 лет. В работе приняли участие около 1300 генетиков из 37 стран, а ее результаты были опубликованы в четверг сразу в двух десятках научных журналов.

По словам самих ученых, причины возникновения рака можно сравнить с пазлом, состоящим из 100 тысяч кусочков. До сегодняшнего дня мы пытались собрать общую картину, имея на руках лишь каждый сотый фрагмент, и лишь теперь можем взглянуть на нее целиком.

«С помощью собранной информации о происхождении и развитии опухолей мы можем разработать новые способы ранней диагностики рака, более направленные методы терапии — и лечить пациентов с большим успехом», — заявил член координационного комитета PCAWG Линкольн Стайн.

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500 словах) объясняет, в чем суть этой беспрецедентной работы и как она может произвести революцию в онкологии.

Причина любого рака — мутации в ДНК. Однако ученым мало известно о том, где именно и почему происходит поломка генетического кода, ведущая к возникновению раковой опухоли.

Читайте также:  Продукты против рака: что есть, а чего избегать

Участники проекта PCAWG полностью расшифровали генетическую информацию раковых клеток почти 2800 пациентов, страдающих от 38 разных видов онкологических заболеваний.

В результате было сделано несколько десятков открытий — от количества и точного расположения так называемых драйверных мутаций (то есть ведущих к развитию опухоли) до неожиданных генетических совпадений у раковых клеток различных тканей.

В том числе выяснилось, что предрасположенность к некоторым видам рака может сформироваться за несколько десятилетий до постановки диагноза — иногда в детском возрасте.

Рак — это не одно заболевание, возникающее в разных органах, а общее название для двух сотен различных болезней, протекающих по одной и той же схеме. Одна из клеток ткани мутирует — и начинает быстро и бесконтрольно делиться, формируя опухоль.

Поломка происходит на генном уровне, но до сегодняшнего дня, пытаясь понять ее возможные причины, ученые в основном анализировали лишь «полезную ДНК» — ту часть генома, в которой закодированы белки и которая составляет лишь около 2% всей наследственной информации.

Оставшаяся часть генетического кода, известная как «мусорная ДНК», не вызывала особого интереса, поскольку заключенная в ней информация не отвечает за производство белков — строительных материалов клетки — и вообще долгое время считалась рудиментарной (то есть накопившейся в процессе эволюции, но утратившей полезные функции).

Термин «мусорная ДНК» был введен около 50 лет назад и позже признан не вполне корректным, когда обнаружилось, что некоторые фрагменты «бесполезного» генома выполняют другие важнейшие функции для поддержания жизни клетки.

Было решено расшифровать генетическую информацию раковых клеток целиком, чтобы отследить и изменения в некодирующих генах.

В результате ученые обнаружили тысячи генетических мутаций и описали более 80 процессов, ведущих к поломке генетического кода. Одни из них вызваны возрастными изменениями, другие передаются по наследству, третьи могут быть связаны с вредными привычками или диетой.

Одно из главных открытий состоит в том, что один и тот же вид рака могут вызывать абсолютно разные наборы мутаций. В клетках рака легких было обнаружено до 100 тысяч мутировавших генов, а в некоторых образцах детского рака мутации можно было пересчитать по пальцам.

«Самое удивительное открытие — это то, насколько сильно раковый геном одного пациента отличается от генома раковых клеток другого», — заявил член координационного комитета PCAWG Питер Кэмпбелл.

Однако были выявлены и неожиданные совпадения — например, одна и та же драйверная мутация может привести к развитию рака груди у женщин или рака простаты у мужчин. А значит, методы лечения, разработанные для рака груди, могут оказаться эффективными и в лечении рака простаты.

Некоторые сделанные открытия дают возможность значительно более ранней диагностики заболевания — в частности, выяснилось, что некоторые виды рака начинают формироваться на генетическом уровне задолго до развития опухоли, иногда за несколько лет или даже десятилетий.

«Это показывает, что у нас есть намного больше возможностей раннего вмешательства [в ситуацию], чем мы думали раньше», — уверяет Кэмпбелл.

Кроме того, составленный по итогам исследования каталог мутаций поможет избежать постановки неверного диагноза, что иногда случается из-за совпадения симптомов разных видов заболевания.

Однако в 5% образцов раковых клеток вообще не было выявлено драйверных мутаций — а это значит, что точное место критической поломки генетического кода еще предстоит установить.

«Если мы поймем, что происходит с нашими здоровыми органами по мере старения, что заставляет мутации накапливаться, почему некоторые клоны бесконечно размножаются, а некоторые угасают, как на этот баланс влияет образ жизни — тогда мы сможем придумать способы раннего вмешательства, чтобы предотвратить или замедлить развитие неизлечимых видов рака», — заключает профессор Кэмпбелл.

Мусорная ДНК, старение и риск рака | Клиники «Евроонко»

Тело человека состоит из триллионов клеток. Со временем они перестают делиться — происходит клеточное старение. Параллельно стареет и весь организм.

Ученым уже давно известно, что гены играют важнейшую роль как в клеточном старении, так и в продолжительности жизни. Однако, до сих пор непонятно, как работают эти механизмы регуляции.

Недавно ученым из Университета штата Вашингтон (Washington State University) удалось собрать воедино несколько кусочков этой головоломки.

Исследовательская группа под руководством профессора Джиюэ Чжу (Jiyue Zhu) обнаружила, что область ДНК под названием VNTR2-1, по-видимому, управляет активностью гена теломеразы — фермента, который предотвращает старение некоторых типов клеток. Результаты этой работы были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

На концах хромосом находятся особые участки — теломеры. Это своего рода защитные колпачки, которые обеспечивают сохранность генетического материала, но при этом сами немного укорачиваются после каждого клеточного деления.

Когда длина теломер сокращается до критического уровня, клетка перестает делиться, стареет и спустя некоторое время погибает. Фермент теломераза удлиняет теломеразы. В некоторых клетках, например, репродуктивных и раковых, ген теломеразы постоянно активен. За счет этого теломеры после делений не укорачиваются.

Такие клетки бессмертны: они способны размножаться неограниченное число раз.

Для ученых крайне важно разобраться, как активируется ген теломеразы, чем регулируется его активность, и почему он включается в определенных типах клеток. Это поможет понять механизмы старения и развития злокачественных опухолей.

Теперь ученые узнали, что VNTR2-1 управляет активностью гена теломеразы, причем, это свойство обусловлено особенностями последовательности ДНК.

Профессор Чжу рассказывает:

Геном человека почти на 50% состоит из повторяющейся ДНК, которая не кодирует белки. Эти последовательности ДНК рассматриваются как «мусорные», как «темная материя» нашего генома. Наше исследование показало, что по крайней мере одна из этих последовательностей выполняет важную функцию, она повышает активность гена теломеразы.

Длина ДНК, старение и риск рака

Во время экспериментов ученые обнаружили, что удаление определенных участков из ДНК раковых клеток приводит к тому, что теломеры начинают укорачиваться, и постепенно клетка стареет, погибает, а рост злокачественной опухоли прекращается.

Далее исследователи решили подсчитать длину последовательности ДНК, которую нужно удалить, чтобы добиться такого эффекта. Для этого были проанализированы клетки, полученные от людей разных рас.

Оказалось, что этот показатель у разных испытуемых сильно различался — от 53 до 160 повторов.

Дальнейший анализ показал, что ген теломеразы наиболее активен у людей с самым большим количеством последовательностей. При этом среди людей с меньшим числом последовательностей было меньше долгожителей. Получается, что активность гена теломеразы — палка о двух концах. Если она высокая, то это грозит развитием рака, а если низкая — клетки быстрее стареют, а вместе с ними и сам человек.

Профессор Чжу отмечает:

Мы обнаружили, что последовательность VNTR2-1 вносит большой вклад в генетическое разнообразие скорости старения и предрасположенности к онкологическим заболеваниям. Мутации в протоонкогенах и генах-супрессорах опухолевого роста не объясняют всех причин развития рака. Наше исследование показало, что картина намного сложнее, и, возможно, многие отгадки удастся найти в «мусорной» ДНК.

Подобные исследования очень важны, потому что они помогают создавать новые противоопухолевые препараты, направленные против определенных белков, генов, участвующих в развитии и росте злокачественных опухолей.

Это способствует развитию персонализированной медицины, повышению выживаемости больных с онкопатологиями на поздних стадиях. В клиниках «Евроонко» применяются все современные оригинальные противоопухолевые препараты, зарегистрированные в России.

Свяжитесь с нами, мы знаем, как помочь.

Источник: sciencedaily.com.

«Мусорная» ДНК влияет на наследственный риск развития рака

Повышению риска развития онкологического заболевания способствуют генетические изменения в областях ДНК, которые не кодируют белки, ранее считавшиеся «мусорной» ДНК. Результаты исследования опубликованы в научном журнале British Journal of Cancer.

Актуальность проблемы

Исследование, проводимое международной группой ученых, проливает новый свет на то, почему у некоторых людей развивается рак, а у других нет.

На наследственный риск развития рака влияют не только мутации в ключевых генах рака, известных как онкогены и гены-супрессоры опухоли, но и то, что вариации в ДНК, которая контролирует экспрессию этих генов, также могут быть причиной развития рака.

Понимание того, как некодирующая ДНК влияет на развитие этого заболевания, может однажды улучшить генетический скрининг риска рака. И в будущем это поможет разработать новые стратегии профилактики или помочь врачам диагностировать заболевание раньше, когда оно с большей вероятностью будет успешно вылечено.

Материалы и методы исследования

Ученые исследовали 846 генетических изменений в некодирующих участках ДНК, которые были определены в предыдущих исследованиях как влияющие на риск развития рака.

Эти однонуклеотидные полиморфизмы (ОНП) представляют собой особые позиции в геноме человека, где одна буква генетического кода варьируется.

 В отличие от мутаций в кодирующей ДНК, таких как BRCA, которые редки, но значительно повышают риск развития рака у человека, некодирующие ОНП относительно распространены в популяции, но лишь незначительно увеличивают риск заболевания раком.

Ученые провели корреляционный анализ между наличием определенного ОНП и экспрессией определенных генов. В общей сложности было проанализировано более 6 миллионов генетических вариантов в 13 различных тканях организма.

Результаты научного исследования

В ходе исследования было обнаружено, что вариации в участках ДНК, которые регулируют экспрессию онкогенов и генов-супрессоров опухоли, влияют на риск развития рака.

Исследование также показало, что ОНП как правило, находятся в участках гена, регулирующих иммунную систему и тканеспецифические процессы, что подчеркивает участие этих клеточных процессов при развитии онкологических заболеваний.

Следующим шагом исследователей будет разработка моделей искусственного интеллекта для лучшего прогнозирования риска развития рака. Ученые также нацелены на выявление «контрольных центров», которые регулируют экспрессию многих генов, имеющих отношение к развитию рака, на которые могут быть направлены новые методы лечения.

Авторы другого исследования обнаружили клетку, отвечающую за развитие рака почки у детей.

Перед применением советов и рекомендаций, изложенных на сайте «Medical Insider», обязательно проконсультируйтесь с врачом!

Генетический «муcор»: найдена новая причина развития рака — Газета.Ru

На риск развития рака влияют изменения в «мусорной» ДНК, выяснила международная группа исследователей. Это открытие позволит разработать новые способы борьбы с заболеванием.

Читайте также:  Повышение радикализма органосохраняющих операций при раке молочной железы путем проведения интраоперационного гистологического исследования

На риск развития рака влияют изменения в «мусорной» ДНК, выяснила международная группа исследователей. Исследование было опубликовано в журнале British Journal of Cancer.

На генетический риск развития рака влияет работа онкогенов и генов-супрессоров опухолей. Онкогены — это гены, продукты работы которых стимулируют образование злокачественных опухолей. К настоящему времени открыты десятки таких генов, а многие противораковые лекарства направлены на подавление активности онкогенов либо их продуктов.

Гены-супрессоры опухолей, соответственно, обеспечивают профилактику опухолевой трансформации клеток. Функционально они противоположны онкогенам.

«Мусорная» ДНК — это та часть геномной ДНК, которая не кодирует последовательности белков.

Свое название она получила еще в 1970-х годах, однако сегодня уже известно, что она выполняет регуляторные функции и обуславливает активность определенных генов. Мутации некодирующей ДНК способны влиять на риск развития некоторых заболеваний.

Исследователи обратили внимание на однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), замены одного нуклеотида на другой в пределах конкретного фрагмента ДНК.

Они изучили 846 SNP в некодирующих участках ДНК, которые ранее были связаны с вероятностью развития рака. Всего они рассмотрели более шести миллионов вариаций генов в 13 различных тканях тела человека.

Как оказалось, некоторые последовательности связаны с онкогенами и генами-супрессорами.

Кроме того, исследователям удалось выяснить, что такие вариации в основном встречаются в регионах ДНК, которые отвечают за регуляцию иммунной системы и специфичных для каждой из тканей внутриклеточных процессов.

Исследование показывает, что наследственный риск развития рака обусловлен не только мутациями онкогенов и генов-супрессоров опухолей, но и изменениями в ДНК, контролирующей экспрессию этих генов, поясняют исследователи.

В отличие от мутаций кодирующей ДНК, которые являются редкими, но значительно повышают риск развития рака, изменения в SNP распространены среди населения, но повышают риск развития рака меньше.

«То, что мы обнаружили, удивительно, — говорит профессор Джон Куакенбуш, один из авторов работы. — Наши результаты показывают, что небольшие генетические вариации работают сообща, изменяя активность генов, которые влияют на риск развития рака. Мы надеемся, что этот подход однажды сможет спасти жизни, помогая выявлять людей, подверженных риску развития рака и других тяжелых заболеваний».

«Хотя влияние незначительных генетических изменений на риск развития рака и невелико, вариации, проанализированные в данном исследовании, многочисленны и распространены среди населения, — отмечает онколог Эмили Фартинг.

Это может объяснить некоторые различия в заболеваемости раком между отдельными лицами и семьями, которые нельзя обосновать работой одних лишь известных генов, ассоциированных с раком, или или факторами образа жизни».

В дальнейшем исследователи собираются разработать нейросеть, которая позволит точнее прогнозировать риски развития рака.

Также они собираются более детально изучить мутации некодирующей ДНК, повышающие риск, и, возможно, использовать их как мишень для новых препаратов.

Среди недавно обнаруженных генов, связанных с риском развития рака — ген TP53, который кодирует белок p53, необходимый для обеспечения стабильности генома и генетической однородности клеток в целостном организме. Его мутации приводят к нарушению этого процесса, и, как следствие, к росту риска развития рака.

«Поскольку TP53 является одним из важнейших привратников в профилактике рака, чем лучше мы понимаем этот ген, тем лучше мы сможем понять основы биологии рака. Это приведет к лучшему лечению»,

— отметили исследователи.

Также недавно выяснилось, что р53 защищает слонов от рака — если у людей есть лишь одна копия этого гена, то у слонов, как оказалось, их 20.

Более того, у них был обнаружен псевдоген (аналог гена, неспособный кодировать белок и экспрессироваться в клетке) LIF6 — фактор ингибирования лейкемии.

Каким-то образом у него развилась новая функция — при активации р53 он начинает производить белок, который добирается до митохондрий, «энергетических станций» клетки, и уничтожает их. За такое необычное возвращение ученые прозвали его «зомби-геном».

Что такое «мусорная» ДНК, на которую приходится 98% генома человека?

98% человеческого генома приходится на так называемую мусорную ДНК. Зачем мы таскаем на себе столько избыточного кода? Правда ли, что в ней может храниться секрет старения? Давайте разбираться.

Лишние гены в ДНК

В генетике есть такой термин, как С-парадокс, который говорит про избыточность генома.

В чем суть парадокса? С точки зрения человеческой логики, разумно предположить, что чем сложнее организм, тем больше его ДНК. Ведь кодировать нужно больше информации!

Мы же понимаем, что на жесткий диск с 1 терабайтом мы запишем в 1024 раз больше информации, чем на жесткий диск с 1 гигабайтом. Но для ДНК эта арифметика не работает!

К примеру, растение Paris japonica (ниже на фото) имеет геном, который в 50 раз больше человеческого!

Paris japonica

А геном амебы в 203 раза больше человеческого! Что там заложено? Может зря мы ругаем бездеятельных людей амебами — возможно, они познали жизнь уже гораздо глубже, чем обычные люди!

Если разложить в привычной метрической системе, то объем генома амебы — это 670 гигабайт, а геном человека — 3,3 гигабайта.

Что такое мусорная ДНК

Если совсем упростить, то ДНК кодирует информацию, как именно организм должен строить белки: какие именно, где и в каком количестве. Через это и работают два главных свойства всех живых организмов: наследственность и изменчивость.

Но оказалось, что лишь 2% генома человека кодируют белок, значит 98% — это и есть некодирующая мусорная ДНК.

Что же попадает в мусорную ДНК? В основном, повторяющиеся элементы — как-будто природа боится забыть что-то важное из основных функций и дублирует информацию.

Есть неактивированные элементы, которые как бы пребывают в спящем состоянии.

Вдруг человек захочет пободаться и нужно отрастить ему рога? Или китайцы закроют свои фабрики, одежды больше не будет и потребуется шерсть для защиты от холода.

Часть мусорной ДНК приходится не теломеры. Их роль очень важна — они расположены на концах хромосом и, как колпачки, защищают их от быстро разрушения во время деления.

Также в мусорной ДНК «дремлют» останки древних вирусов, которые когда то встраивались в наш геном. Как-будто файлы, отправленные антивирусом на каратнин.

Раньше генетики считали некодирующую ДНК бесполезной — накопившимся мусором в коде. Но это странно — природа вряд ли сделает нечто большее, чтобы таскать лишний груз. Лишний код = лишнее количество мутаций, которые могут повредить организму.

И правда, природа лишнего не делает. Сейчас все чаще находятся подтверждения о том, что мусорная некодирующая ДНК может выполнять ряд функций.

Возможно, то что, мы называем мусорной ДНК — это просто степень нашего незнания. На текущем этапе развития науки мы не понимаем, как она работает поэтому и считаем ее бесполезной.

Однако генетики переосмыслили роль этой ДНК. Сейчас международный исследовательский консорциум ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК) опубликовал данные, что до 80% генома человека выполняет те или иные биохимические функции. Большинство этих функций обнаружены статистически и детально объяснить механику работы наука пока не может.

За что отвечает мусорная ДНК в организме человека

Давайте посмотрим, какие функции в мусорной ДНК известны уже в наше время.

Влияет на риски рака. В Британском журнале рака недавно вышла статья, которая нашла взаимосвязь между участками мусорной ДНК и вероятностью развития рака. Причем некоторые из них повышают вероятность рака, а другие, напротив, подавляют опухоль.

Генетический ФСБ. Это хорошая защита от «шпионов». Мусорная ДНК препятствует вирусам внедрять в наши клетки чужеродный код. Скорее всего, без мусорной ДНК наш иммунитет был бы в разы слабее и мы бы просто не выживали.

Вирусы склонны проникать в клетки, внедрять свой геном и заставлять клетку производить нужные им белки. И вот здесь очень нужны те самые повторы правильного кода, которых много в мусорной ДНК.

Мне это все напоминает мудрый механизм бэкапа из IT-сферы. Если вирус проник на сервер, стер все данные, то всегда можно восстановить сайт в первозданном виде, незамутненном вирусом.

Генетический МЧС. Если в кодирующей части ДНК произошли повреждения — на помощь приходит мусорная ДНК. Особенно это важно при развитии эмбриона, чтобы нужные ткани вырастали в нужном месте и нужное время.

Омоложение. Точнее — замедление биологического старения. Сейчас основной причиной старения считается уменьшение теломер, которые являются частью мусорной ДНК. Без них процесс старения был бы очень быстрым. Но и они со временем укорачиваются. Если научиться восстанавливать теломеры, процесс старения можно повернуть вспять!

Что ж, генетика — еще очень молодая наука. Думаю, в ближайшие 10-20 лет нас ждут прорывные открытия, которые позволят узнать о человека гораздо больше. И, возможно, именно генетика позволит нам победить рак и повернуть старение вспять! А кто, если не она?

Ученые объяснили задачу «мусорной» ДНК

Более 10% нашего генома состоит из повторяющихся, считавшихся бессмысленными участков генетического материала, которые не кодируют никаких белков. 

В серии работ за несколько лет член института Уайтхеда Юкико Ямасита и его коллеги доказали, что так называемая мусорная ДНК не такая бесполезная, как кажется на первый взгляд. На самом деле она играет важную роль в клетке: эта ДНК работает с клеточными белками, чтобы сохранить все отдельные хромосомы клетки вместе в одном ядре.

Во время своей работы авторы изучили, как эта часть ДНК влияет на фертильность и выживание видов, тогда у ученых появился первый намек на то, что эти повторяющиеся последовательности могут играть определенную роль в видообразовании.

Чтобы это проверить, исследователи удалили белок под названием Prod, который связывается с определенной последовательностью «мусорной» ДНК у плодовой мухи Drosophila melanogaster, в результате их хромосомы рассеялись за пределами ядра в крошечные шарики клеточного материала и насекомые погибли. 

Если бы этот фрагмент «мусорной» ДНК был необходим для выживания одного вида, но отсутствовал у другого, это могло бы означать, что два вида мух со временем развили разные последовательности для одной и той же роли.

Читайте также:  Механическая желтуха: симптомы, причины развития механической желтухи, дренаж желчных протоков

И поскольку «мусорная» ДНК сыграла определенную роль в сохранении всех хромосом вместе, исследователи задались вопросом, могут ли эти эволюционные различия быть одной из причин, по которой разные виды репродуктивно несовместимы.

Чтобы понять, как различия в спутниковой ДНК могут привести к репродуктивной несовместимости, исследователи решили сосредоточиться на двух ветвях генеалогического древа плодовой мухи: классической лабораторной модели Drosophila melanogaster и ее ближайшего родственника, Drosophila simulans. Эти два вида разошлись друг от друга около 2-3 млн лет назад.

Исследователи могут скрестить самку Drosophila melanogaster с самцом Drosophila simulans, но в результате потомство либо бесплодно, либо умирает.

Авторы разводили мух, а затем изучали ткани потомства, чтобы понять, почему так происходит. Когда авторы посмотрели на гибридные ткани, то выяснили, что их фенотип был точно таким же, как если кто-то нарушил «мусорную» ДНК чистого вида. Хромосомы были разбросаны, а не инкапсулированы в одно ядро.

  • В результате авторы сделали вывод, что «мусорная» ДНК регулярно мутирует и буквально задает стратегию скрещивания для разных видов. 
  • Читать далее
  • Япония представила новый двигатель, который позволит ракетам изучать глубокий космос
  • В Китае обнаружены два новых вида динозавров
  • Появился метод использования квантовых компьютеров в повседневных условиях

Ученые увидели в "мусорной ДНК" лекарства нового поколения

«Но главное –  сам термин «мусорная ДНК» пора выбрасывать в мусорную корзину», –  говорит руководитель проекта ENCODE доктор Юэн Бирни из Кембриджа.

Генный марафон

Расшифровка человеческой ДНК стартовала в 1990 году, когда генетики из разных стран объединили свои усилия в рамках проекта «Геном человека» (The Human Genome Project –  HGP). В 2000 году у них был готов «черновик» этого генома, а к 2003 году составлена карта 99,99% человеческой ДНК.

При этом выяснилось, что у человека всего 28 тысяч генов и занимают они меньше 2% места в ДНК. Остальные 98% молекулы наследственности, как тогда казалось, состояли из бессмысленной для жизни человека информации.

Ее называли некодирующей, избыточной, «эгоистичной» ДНК, но в итоге победил термин «мусорная ДНК» (junk DNA). Эта ДНК не кодировала белки, а лишь воспроизводила сама себя. Зачем она это делала, никто не понимал.

«Потратив 13 лет и $3 млрд на проект «Геном человека», его участники поняли, что они ничего не поняли», –  так прокомментировал для РИА Новости ту ситуацию замдиректора по науке Института молекулярной генетики РАН Вячеслав Тарантул.

Сразу после окончания HGP в 2003 году начался новый международный мегапроект ENCODE, который длился почти 10 лет. Над ним в течение девяти лет работали более 400 ученых из 32 лабораторий в Великобритании, США, Испании, Сингапуре и Японии.

Попутно они составили генную карту неандертальца и убедились, что его ДНК совпадает с нашей на 99,5%, то есть существует принципиальная возможность превратить в него современного человека. И даже понятно, какие именно гены надо для этого подправить у человеческого зародыша.

  • На этой неделе ученые отрапортовали о завершении своей работы над «Энциклопедией элементов ДНК».
  • «На ее основе можно создавать принципиально новые лекарственные препараты или найти новое применение существующим методам лечения», –  обещает доктор Иэн Данхэм из Кембриджа.
  • Но ничего более конкретного ученые пообещать не смогли.
  • «Опять ясно, что еще ничего не ясно», –  шутит Вячеслав Тарантул.
  • Профессору, по его словам, вообще непонятно, зачем было так громко объявлять о результатах исследований, которое идут давно и конца которым пока не видно.
  • Феномен британских ученых
  • Руководство проектом ENCODE находилось в Кембридже, и основные работы в рамках проекта были сделаны в Великобритании, а объяснять, какое влияние на ум простого человека оказывает бренд «британские ученые», вероятно, не надо.

Британские ученые традиционно отличались высоким уровнем своих исследований еще со времен Исаака Ньютона. Но только в эпоху всеобщей компьютеризации стало возможным создать из них своего рода торговую марку. К этой марке часто относятся с иронией, но было бы ошибкой распространять эту иронию на всю деятельность упомянутых ученых.

Главный их рупор еженедельник Nature выходит по четвергам, а его интернет-версия становится доступной в среду. Тогда же еженедельник выпускает пресс-релизы и проводит пресс-конференции для журналистов, объявляя об очередном эпохальном достижении британской науки.

Понятно, что открытия британские ученые делают не каждую неделю. Но в эпоху всеобщего пиара выдать любое рутинное исследование за сенсацию несложно, надо только придумать хлесткий заголовок и правильный мессидж.

Например, в эту среду обложку Nature украсили дюймовые буквы ENCODE, а на еженедельной пресс-конфренции и пресс-релизах специально обученные люди объяснили, что отныне тайн в геноме человека нет и теперь всех вылечат.

Технологией научного пиара англичане овладели в совершенстве, тем самым, кстати, лишний раз подтвердив высокий уровень своей науки –  маркетинговой, на этот раз.

По тому же пути решили пойти в США и создать конкурирующий бренд «американские ученые». Но фатальным препятствием стало то, что главная трибуна американских ученых журнал Science выходил по пятницам (интернет-версия, соответственно, появлялась в четверг).

Казалось бы, чего проще перенести выпуск Science на среду или даже вторник. Увы, в фундаментальной науке так делать не принято, здесь от святости приоритета зависит благополучие и само существование ученых, и потому даже в мелочах царит принцип fair play –  честной игры. Издателей  Science за подобные действия осмеяли бы и подвергли  всеобщему презрению.

  1. Так что американские ученые обречены опаздывать на сутки со своими еженедельными эпохальными открытиями.
  2. Если кто-то не верит, то может самостоятельно погуглить и убедиться, что британские ученые особо плодовиты в медиа-пространстве по средам (у нас –  по четвергам, так как надо еще перевести на русский язык и хоть как-то прокомментировать), а американские, соответственно, по четвергам и пятницам.
  3. Все остальные делают научные сенсации на протяжении всей недели, но выглядят они гораздо бледнее, потому что на раскрутку в их странах нет таких денег, как в Америке, и такого умения, как в Великобритании.

Впрочем, все это к слову. В случае с «мусорными генами» гораздо интереснее понять, есть за этим броским словосочетанием что-то более значимое для обычного человека, чем повод лишний раз вспомнить о существовании британских ученых.

Разборка мусора

На сегодня очевидная польза от «мусорных генов» –  только одна. Часть из них используется как маркеры при ДНК-дактилоскопии, которую широко используют полицейские в телесериалах и гораздо реже –  в реальной жизни.

«Самая большая ДНК-картотека сейчас в ФБР, там счет индивидуальных ДНК-профилей идет уже на миллионы. Поменьше банк данных в Великобритании. И там, и там ДНК-типируют каждого, кто попал в полицию по мало-мальски серьезному поводу.

У нас, по закону о государственной геномной регистрации, который вступил в силу в 2009 году, типируют только преступников, совершивших тяжкие преступления, так называемых половых преступников всех категорий и неопознанные трупы», –  поясняет замдиректора Российского центра судмедэкспертизы Павел Иванов.

Что касается других практических применений «мусорной ДНК», то пока она оправдывает свое название. Хотя никто их ученых по-настоящему мусором ее никогда не считал.

«Какая-то часть ДНК живых существ, похоже, действительно мусорная, в буквальном смысле этого слова. Во всяком случае, мыши, у которых вырезали часть ДНК, спокойно жили на протяжении многих поколений», –  говорит профессор Тарантул.

Однако «мусорные» участки ДНК, по его словам, все время сокращаются. Как выяснилось, одни из них участвует в удвоении ДНК при делении клеток, другие выполняют функции регуляторов работы нормальных, немусорных генов. Только в рамках проекта ENCODE  были найдены четыреста тысяч новых «переключателей» генов.

Как усыпить ВИЧ

«В мусорной ДНК человека ясно видны участки, которые принадлежали древним вирусам. Когда-то они встроились в ДНК и воспроизводили себе подобных в несметном количестве, выпуская их в наш организм и вызывая болезнь. Но затем по какой-то причине прекратили свою активность и остались навечно замурованными в молекуле нашей ДНК», –  рассказывает профессор Иванов.

По его словам, сейчас онковирусы и вирус иммунодефицита человека ведут себя точно так же, как когда-то вели себя древние вирусы. Попав в организм человека, они встраиваются в его ДНК и оттуда реплицируют (размножают) себе подобных.

«Бить возможно только копии вирусов в момент, когда они выходят в организм из зараженной клетки. Но их источник, их матрицу, можно убить, только выковыряв ее из ДНК. А это, не повредив молекулы ДНК, сделать нельзя», –  поясняет профессор Иванов.

Сейчас вся стратегия лечения рака и СПИДа заключается в избиении очередных порций копий вирусов по мере их изготовления на матрицах или изобретении способов выковырять их матрицу из ДНК. 

По мнению профессора Иванова, если мы поймем механизм превращения подобных вирусов в генетический мусор в ДНК человека, то можно всерьез надеяться на создание кардинальных лекарств от рака и СПИДа.

Проект ENCODE прибавил знаний о «мусорной ДНК». Но главное – указал направление, куда надо двигаться, чтобы научиться выключать ВИЧ- и онковирусы и погружать их в летаргический сон внутри нашего ДНК, превращая в генетический мусор.

Главную роль в этом сыграли британские ученые. Они не только пиарить себя умеют.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector