Пещерные рыбы подтвердили «динозавровую» теорию уязвимости млекопитающих перед ультрафиолетом
Сомалийские пещерные рыбы (Phreatichthys andruzzii), которые обитали в темноте последние три миллиона лет, утратили способность к фотореактивации. Это механизм восстановления повреждений в ДНК, которые вызываются ультрафиолетовым излучением и он отсутствует не только у P.andruzzii, но и у плацентарных млекопитающих. Как говорится в Current Biology, результаты исследования косвенно подтверждают гипотезу «ночного бутылочного горлышка», согласно которой млекопитающие адаптировались к дневному образу жизни только после вымирания динозавров.
Репарация ДНК — восстановление разрывов и химических повреждений, которые могут появляться как в процессе биосинтеза ДНК, так и под действием каких-то других факторов, например, вредных химических веществ или ультрафиолетового излучения. Под действием ультрафиолета некоторые нуклеотиды в ДНК сшиваются между собой. В результате во время копирования ДНК ферменты считывают такие нуклеотиды неправильно, и это приводит к накоплению мутаций. Исправить такие сшитые нуклеотиды можно с помощью фотореактивации, в ходе которой ферменты ДНК-фотолиазы активируются видимым светом и удаляют сшитые нуклеотиды.
ДНК-фотолиазы, и, соответственно, способоность к фотореактивации есть у большинства животных, за исключением плацентарных млекопитающих. Поэтому для исправления повреждений в ДНК, вызванных ультрафиолетовым излучением, им приходится использовать более сложный и менее эффективный механизм репарации. Некоторые исследователи поддерживают гипотезу «ночного бутылочного горлышка», согласно которой предки современных плацентарных, жившие в одно время с динозаврами, вели исключительно ночной образ жизни. Так они спасались от более сильных рептилий, которые были активны днем. В результате млекопитающие утратили способность к фотореактивации, которая «запускается» видимым светом.
В новом исследовании немецкие и итальянские биологи под руководством Николаса Фолкса (Nicholas Foulkes) из Технологического института Карлсруэ изучили систему репарации ДНК у пещерной рыбы Phreatichthys andruzzii. Эти рыбы, эндемики Сомали, несколько миллионов лет обитали в пещерах, в полной темноте. Как и некоторые другие пещерные рыбы, в процессе эволюции P.andruzzii утратили пигментацию и ослепли. Ученые решили выяснить, как отсутствие солнечного света повлияло на механизмы репарации ДНК, сохранилась ли фотореактивация у P.andruzzii. Для сравнения авторы исследовали механизм репарации рыбок данио рерио, у которых есть активная фотореактивация.
Исследования генов трех ДНК-фотолиаз у сомалийских пещерных рыб показали, что в двух из них содержались мутации, «выключающие» активность этих ферментов. При этом у других рыб, данио рерио, ничего подобного не наблюдалось. Кроме того, у P.andruzzii появились мутации в сигнальной последовательности ДНК, которая координирует и усиливает фотореактивацию.
По мнению авторов, результаты исследования косвенно подтверждают гипотезу «ночного бутылочного горлышка». Они позволяют предположить, как млекопитающие, как и сомалийская пещерная рыба, утратили способность к фотореактивации из-за того, что в течение миллионов лет вынуждены были вести ночной образ жизни.
Ранее эволюционные биологи нашли еще одно подтверждение гипотезы «ночного бутылочного горлышка». Они рассчитали, что большинство млекопитающих перешли к дневному образу жизни либо за несколько миллионов лет до вымирания динозавров, около 75 миллионов лет назад, либо сразу после мел-палеогенового вымирания, примерно 65,8 миллионов лет назад.
Проект получил название Unknome
Британские исследователи представили пополняемую и редактируемую пользователями базу данных белков, в которой они ранжируются по степени того, насколько мало о них известно. Проект призван обратить внимание на подобные белки и ускорить процесс их изучения. Публикация об этом появилась в журнале PLoS Biology. Как известно со времени прочтения человеческого генома, в нем закодировано примерно 20 тысяч белков. Применение протеомного и транскриптомного подхода в прошедшие после этого два десятилетия подтвердило, что большинство из них экспрессируются, и позволило выяснить назначение многих из них. Тем не менее, многие белки до сих пор остаются не охарактеризованными несмотря на то, что значительная их часть эволюционно консервативна и может выполнять критически важные функции. Во многом это связано с тем, что исследователи склонны фокусироваться на уже изученных белках, поскольку такие работы дают более предсказуемый результат. Чтобы систематизировать подход к идентификации и характеризации неизвестных белков, сотрудники Лаборатории молекулярной биологии британского Совета по медицинским исследованиям, Кембриджского и Оксфордского университетов под руководством Мэтью Фримена (Matthew Freeman) и Шона Манро (Sean Munro) создали и выложили в открытый доступ базу данных Unknome (буквально «незном», сокращенное от unknown genome — «неизвестный геном»). Она содержит ортологичные по базе PANTHER и собранные в кластеры последовательности белков человека и популярных модельных животных (таких, например, как кишечная палочка, дрозофила и мышь), взятые из базы UniProt. Им присваивается численная оценка «известности» (knownness) на основании аннотаций в проекте Gene Ontology (GO). Пользователи могут присваивать им свою оценку, исходя из имеющейся информации. Авторы работы оценили пригодность Unknome как основания для экспериментальной работы, выбрав с его помощью набор из 260 белков дрозофилы с неизвестными функциями (показатель известности 1,0 и менее), сохранившихся у людей. Нокдаун некоторых из этих генов с помощью РНК-интерференции приводил к утрате жизнеспособности. Функциональный скрининг остальных указал на участие некоторых в фертильности, развитии организма, передвижении, контроле качества синтезированных белков и устойчивости к стрессу. Выборочное выключение генов с использованием CRISPR/Cas9 определило два гена, отвечающих за мужскую фертильность, и компонент сигнального пути Notch, принимающего участив нейрогенезе, онкогенезе и связанного с различными неврологическими заболеваниями и пороками развития. Исследователи заключают, что тщательная оценка недостаточности знаний о функции гена и кодируемого им белка предоставляет ценный ресурс для поиска направлений биологических исследований и, возможно, стратегий их эффективного финансирования. Иногда на точность генетических баз данных могут влиять весьма неожиданные факторы. В материале «Наследили тут» можно почитать о том, как данные в одной из таких баз оказались испорчены неизвестными паразитами.