Американские генетики просканировали почти десять тысяч геномов пациентов с пороками развития в поисках следов ретротранспозонов — мобильных генетических элементов. Они обнаружили, что ретротранспозоны чаще встраиваются в некодирующие части генов, чем в кодирующие. Тем не менее, в «осмысленных» участках генов они нашли 11 новых мутаций, которые были связаны с мобильными элементами, а в трех случаях подтвердили, что именно они стали причиной пороков развития. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Ретротранспозоны — это единственные мобильные генетические элементы, которые способны не только передвигаться по геному, но и копировать себя. Выглядит это следующим образом: с ДНК мобильного элемента клетка считывает РНК, а на основе РНК строит белки. Один из этих белков — обратная транскриптаза — строит на базе РНК ретротранспозона новую ДНК, фактически его копию. Затем эта копия встраивается в геном клетки, причем не туда, где находится оригинал мобильного элемента, а в случайное место. При этом она может разрушить какой-нибудь ген, создав в нем мутацию.
Кроме того, иногда ретротранспозон может размножить не только себя. Ревертаза «по ошибке» может превратить в ДНК какую-нибудь другую клеточную РНК. Затем эта РНК также встраивается в геном клетки, создавая тем самым новую копию гена в случайном участке ДНК. Однако такой ген, как правило, не работает — клетка не может считать с него информацию — поэтому его называют процессированным псевдогеном.
Известно, что такие «прыжки» ретротранспозонов по ДНК могут вызывать разные генетические заболевания — например, некоторые типы гемофилии и мышечной дистрофии. Однако поскольку вероятность каждого такого «попадания» мала, то мутации, вызванные мобильными элементами, не проверяют в ходе обычных генетических обследований. И люди с пороками развития, которые спровоцированы ретротранспозонами, могут остаться без корректного диагноза.
Юджин Гарднер (Eugene Gardner) и его коллеги из Института Wellcome Sanger решили оценить, какой вклад вносят ретротранспозоны в появление пороков развития. Для этого они обратились к данным проекта Deciphering Developmental Disorders, который собрал геномы тысяч пациентов с врожденными аномалиями развития. Из них исследователи отобрали 9738 семей из трех человек (ребенок–родители) и сравнивали их геномы в поисках новообразованных мутаций, в которых виноваты мобильные элементы.
Всего ученые обнаружили 1129 разных следов вставок ретротранспозонов и 576 псевдогенов. У каждого человека в отдельности они нашли в среднем 33 такие мутации. Большинство из них оказали редкими — встречались менее, чем у четырех неродственных людей.
При этом в экзонах — «осмысленных» частях генов — вставок оказалось меньше, чем в «бессмысленных» интронах. Исследователи предположили, что мутации в экзонах подвергаются давлению отбора, поэтому отсеиваются гораздо чаще — так же, как и другие типы мутаций (например, однонуклеотидные вариации).
Среди всех 9738 детей с пороками развития исследователи обнаружили всего 11 новых мутаций, вызванных ретротранспозонами — то есть тех, которых не было в геноме родителей. Из них 9 были вставками мобильных элементов и 2 — новыми псевдогенами. Ученые проверили, в каких генах возникли эти мутации и обнаружили, что в 4 случаях они затронули гены, которые часто связывают с пороками развития. В 3 из них лечащие врачи пациентов подтвердили, что мутация лежит в основе заболевания: например, у ребенка с синдромом Сотоса (это разновидность гигантизма, который часто сопровождается умственной отсталостью). Еще в одном случае мутация возникла в гене, который не связан напрямую с симптомами пациента — излишним весом и полидактилией — но врачи не исключают, что мутация могла внести свой вклад в развитие болезни.
По подсчетам авторов статьи, ретротранспозоны вносят небольшой вклад в распространение пороков развития — ими можно объяснить в среднем 1 из 2324 случаев. Тем не менее, на такие мутации тоже важно обращать внимание, поскольку они помогают поставить точный диагноз — а он, в свою очередь, необходим, чтобы родители пациента могли обратиться в группы поддержки для людей с редкими заболеваниями и получить помощь от государства или фондов.
Внимание исследователей в этот раз было приковано к мутациям в экзонах. Однако мутации в интронах под действием ретротранспозонов происходят гораздо чаще, а их вклад в возникновение пороков развития остается неизученным. В то же время, мутации в интронах тоже могут нарушать работу гена — недавно мы рассказывали историю девочки Милы, у которой «прыжок» ретротранспозона привел к развитию нейродегенеративной болезни и которую пришлось лечить суперперсонализированным генетическим препаратом.
Полина Лосева
Даже при сохранности лишь одного сантиметра его волокон
Ученые из Германии и США обнаружили, что неполное рассечение мозолистого тела взрослого человека не нарушает интеграцию двух полушарий мозга, даже если разрушена большая часть соединяющих полушария нервных волокон. Как считают исследователи, это противоречит классическим представлениям о соответствии структуры и функции и свидетельствует о том, что механизмы межполушарной интеграции очень адаптивны. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.