Ученые узнали, как эволюция структуры генов связана с их функциями

Результаты исследования опубликованы в журнале Frontiers in Genetics. Структурная эволюция генов — это изменения в последовательности ДНК, из которой синтезируются белки. Такие изменения могут влиять на свойства, форму и функции белков, которые кодируются генами. Регуляторная эволюция — это изменения в механизмах, управляющих активностью генов. Она определяет, когда и где ген активируется, что, в свою очередь, влияет на процессы, в которых участвует белок. Таким образом, структурная эволюция влияет на сами белки, а регуляторная — на их экспрессию (выработку).

Генетическая эволюция играет ключевую роль в биологии, однако механизмы, связывающие структурные изменения генов с их функциями в сложных молекулярных сетях, до сих пор изучены недостаточно. Особенно остро эта проблема стоит в отношении молекулярных путей, участвующих в развитии онкологических и других системных заболеваний.

Чтобы узнать больше об аспектах эволюции генов, исследователи смоделировали человеческий интерактом — полный набор взаимодействий между молекулами в отдельной клетке. С помощью этой модели, включающей более 600 тысяч молекулярных взаимодействий, команда изучила активность более 4500 генов и 1900 молекулярных путей.

Анализ показал, что структурная эволюция значительно замедляется для генов, регулирующих экспрессию белков, вовлеченных в многочисленные взаимодействия. Регуляторная же эволюция, как выяснилось, от количества взаимодействий не зависит.

«Эти данные подтверждают гипотезу о том, что белки, играющие центральную роль в биологических процессах, подвергаются более строгим эволюционным ограничениям, что сохраняет их функциональность. По всей видимости, структурная эволюция генов регулируется их ролью в молекулярных сетях, что позволяет по-новому взглянуть на механизмы генетической адаптации», — отметил главный научный сотрудник Института персонализированной онкологии Сеченовского Университета доктор биологических наук Антон Буздин.

Результаты исследования расширяют понимание эволюционных процессов, связывающих структуру и функции генов, что открывает новые перспективы для диагностики и лечения онкологических заболеваний. В частности, дальнейшие исследования позволят понять, как на молекулярном уровне изменяются белки, играющие ключевую роль в развитии рака, что даст возможность создать инструменты для ранней диагностики опухолей на основе выявления таких мутаций.

Кроме того, знания о взаимодействиях белков и их эволюции открывают перспективы для разработки новых таргетных препаратов, что может значительно повысить точность терапии и минимизировать побочные эффекты.

Сеченовский Университет

21 статей

Сеченовский Университет Минздрава России – ведущий медицинский исследовательский университет России, работающий с 1758 года. Сейчас в университете учатся более 26 тысяч студентов, в числе которых свыше 5,5 тысячи иностранцев из 90 государств. Среди 8,2 тысяч сотрудников 47 академиков РАН, более 2,2 тысяч кандидатов и докторов наук. В составе Первого МГМУ имени И. М. Сеченова действует крупнейший в России и Восточной Европе Клинический центр, в котором работает свыше 5 тысяч сотрудников, а половина врачей имеет ученую степень. В центре оказывают специализированную и высокотехнологичную помощь по 50 профилям. Ежегодно помощь получают более 500 тысяч пациентов. Сегодня Сеченовский Университет – единственный российский университет в топ-250 мирового рейтинга QS по направлению «Медицина» и в топ-100 по направлению «Фармация и фармакология», а также лучший российский университет по направлению «Медицина» шанхайского рейтинга Shanghai Ranking Consultancy и единственный медицинский университет России, который входит в ежегодный рейтинг Forbes «100 лучших российских вузов». В 2024 году вошел в топ-20 российских университетов в рейтинге RAEX («РАЭКС-Аналитика»), заняв 15 место. В топ-5 вузов России по влиянию на научное сообщество в рейтинге влиятельности российских университетов по версии RAEX. Также занял первые места в предметных рейтингах RAEX в направлениях «Медицина» и «Фармация», сохранил за собой третью строчку рейтинга в направлении «Биотехнологии и биоинженерия» и впервые вошел в десятку лучших в направлении «Технологии материалов». Первый среди медицинских университетов в рейтинге университетов стран БРИКС. Сеченовский Университет трансформируется в исследовательский медицинский университет мирового уровня. Одна из его приоритетных задач — развитие науки и прикладных исследований.

Показать больше