В генах мозга обнаружен избыток особых длинных интронов — Naked Science
9 минут
ФизТех

В генах мозга обнаружен избыток особых длинных интронов

4.5

Биоинформатики из МФТИ и Института математических проблем биологии РАН обнаружили неизвестные ранее особенности структуры генов, связанных с работой мозга.

В генах мозга обнаружен избыток особых длинных интронов / ©images.theconversation.com

Исследование опубликовано в журнале Plos One. Известно, что ДНК кодирует информацию о строении и функционировании живых организмов. В этой «книге жизни» последовательно, нуклеотид за нуклеотидом записана информация обо всех белках и РНК, образующихся в клетке. Фрагмент ДНК, кодирующий информацию об одном белке, называют геном, а способ «перевода» последовательности ДНК в аминокислотную последовательность белка — генетическим кодом.

Еще в 1960-х годах были открыты основные свойства генетического кода, среди которых важным является триплетность. Это свойство означает, что три последовательно стоящих нуклеотида (кодон) кодируют одну аминокислоту. Так, например, последовательность нуклеотидов ATG (аденин-тимин-гуанин) кодирует аминокислоту метионин, с которой обычно начинаются все белки живых организмов на стадии синтеза.

Со времен открытия генетического кода получено множество информации о структуре генов живых организмов. Стало известно, что гены эукариот (организмов, имеющих ядро) «раздроблены». Внутри гена между кодирующими участками, называемыми экзонами, присутствуют некодирующие фрагменты ДНК — интроны. При созревании РНК таких генов происходит вырезание интронов и сшивание экзонов — процесс, называемый сплайсингом.

Ученые высказывают различные гипотезы относительно того, каким образом и как давно произошли интроны. В частности, наличие интронов делает возможным альтернативный сплайсинг — процесс выборочного сшивания различных экзонов, что позволяет получить различающиеся последовательности белка с одного гена. Это обеспечивает количество различных белков в клетках, значительно превосходящее общее количество генов.

Распределение относительных положений интронов вдоль транскриптов / ©journals.plos.org

Также важным механизмом эволюции генов, в котором участвуют интроны, является так называемое «перемешивание экзонов». В этом процессе, например, «лишний» экзон может добавиться между двумя другими экзонами гена в процессе рекомбинации. Таким образом возникают новые гены.

Ввиду доступности полной последовательности геномов многих организмов, сегодня ученые имеют возможность детально анализировать эволюцию интронов. Известно, что интроны могут иметь различную длину (от нескольких десятков пар до нескольких сот тысяч пар нуклеотидов), а также различную фазу. Интроны фазы 0 расположены между кодонами, фазы 1 — после первого нуклеотида кодона, фазы 2 — после второго.

Биоинформатики из МФТИ и ИМПБ РАН проанализировали, как соотносятся между собой длина и фаза интронов у человека и мыши. «До нас никому не приходило в голову изучить связь длины интрона с его фазой — потому что здравый смысл говорит о том, что никакой связи между ними быть не должно (как между ростом человека и цветом его глаз например)», — комментирует Евгений Баулин, сотрудник лаборатории прикладной математики ИМПБ и кафедры алгоритмов и технологий программирования МФТИ.

Распределение фаз длинных интронов / ©journals.plos.org

К удивлению авторов исследования, была обнаружена группа генов, содержащих необычно много длинных (более 50 тысяч пар нуклеотидов) интронов фазы 1. Причем такие гены были связаны с передачей нервного импульса в мозгу. Проведя детальный анализ множества научных публикаций, исследователи смогли собрать пазл разрозненных фактов в стройную картину. Оказалось, что наличие интронов фазы 1 у данной группы генов объясняется в большинстве случаев наличием в начале белков особой аминокислотной последовательности, сигнального пептида.

Задача этого пептида — направить белок к месту его работы, в случае рецепторов нервных клеток — в плазматическую мембрану. В свою очередь, относительно большая длина данных интронов тоже косвенно связана с наличием сигнального пептида. Сигнальный пептид у таких белков всегда расположен в начале молекулы, а кодирующий его фрагмент ДНК — в начале гена. А именно в начале гена очень часто находятся длинные интроны, потому что в них находятся регуляторные последовательности ДНК, важные для синтеза данного белка.

В результате работы авторы смогли расшифровать стройную и цельную картину механизма перемешивания экзонов и участия длинных интронов фазы 1 в нем. «Этот механизм обеспечивает ускоренную эволюцию межклеточных и мембранных белков у животных, в частности, наиболее молодых из них — белков, обеспечивающих передачу нервных импульсов в клетках мозга», — заключает Евгений Баулин.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
195 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

29 сентября
10 минут
Мария Азарова

Помимо этого, удалось выяснить, как это извержение происходило и какую роль сыграло в развитии майяской цивилизации.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

25 сентября
9 минут
Мария Азарова

По словам авторов эксперимента, им удалось выявить у черных ворон важный маркер сознания — способности субъективно переживать события внешнего мира и собственной жизни.

30 сентября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Новейший истребитель пятого поколения F-35B, принадлежащий Корпусу морской пехоты США, потерпел крушение в Южной Калифорнии. Летчик успешно катапультировался.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

13 сентября
37 минут
Александр Березин

640 лет назад завершилось крупнейшее сражение средневековой Европы — битва на Куликовом поле. В конце XX века ряд историков заявил: это была мелкая незначительная стычка, а вовсе не масштабное событие, запустившее формирование единого русского государства. По их мнению, ни о какой борьбе Москвы с Золотой Ордой в этом сражении просто не могла идти речь: места на поле боя недостаточно. Получается, события, описанные в летописях, были почти полной выдумкой. Однако теперь ситуация вдруг развернулась на 180 градусов: оказалось, место сражения действительно лежит в Тульской области… но совсем на другом поле. И это заметно меняет всю историю Руси того времени. Попробуем разобраться почему.

7 сентября
5 минут
Илья Ведмеденко

Недавно запущенный китайский потенциально многоразовый космический аппарат вернулся домой. Как стало известно, перед этим от него отсоединился некий объект, предназначение которого неизвестно.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: