Команда ученых Сеченовского Университета вместе с коллегами из других научных центров выяснила, что структура генов, которые регулируют экспрессию вовлеченных в многочисленные взаимодействия белков, эволюционирует значительно медленнее, чем у прочих. При этом изменения в регуляторной активности генов с числом взаимодействий не связаны. Эти данные пригодятся для создания новых методов ранней диагностики и таргетной терапии.
В Сеченовском университете выяснили, как эволюция структуры генов связана с их функциями / © Warren Umoh, unsplash.com
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.
