Удаление одного гена вызывает мутацию в другом месте генома

Мутации в геноме возникают как компенсационный ответ на удаление какого-либо одного гена
(иллюстрация Richard Wheeler/Wikimedia commons).

Исследователи из университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) сообщили, что удаление любого одного гена дрожжевых клеток оказывает влияние на весь геном организма. В качестве компенсации возникает мутация в другом (произвольном) гене.

Учёные вновь убедились, что геном, являющийся совокупностью генов вида, подобен сложной машине: удаление одной крошечной части влияет на весь механизм и может привести к деформации в какой-либо другой части генного аппарата.

"Удаление любого гена обычно приводит к тому, что в ответ один или два гена специфически искажаются, – говорит Дж. Мари Хардвик (J. Marie Hardwick), профессор молекулярной микробиологии и иммунологии университета Джона Хопкинса. – Сопряжение первоначально удалённых генов с генами, давшими вторичную мутацию, позволило нам составить список генных взаимодействий, ранее в значительной степени неизвестных".

Хардвик считает, что результаты исследования говорят о том, что надо более тщательно проверять природу мутаций при генетическом анализе. Мутация гена может быть не первичной, а вторичной, что приведёт к неправильным интерпретациям природных процессов, а значит, и неправильному лечению.

"Эта работа может изменить представление о генетике рака, – рассказывает Хардвик. – Принято считать, что онкология − это прогрессирующая начальная мутация генов-супрессоров опухоли, а затем и дополнительные мутации, помогающие раку развиваться. Наша работа предоставляет неопровержимые доказательства того, что ни одна из этих "дополнительных мутаций" не может выйти на первое место и активно провоцировать мутации, наблюдаемые в опухолевых генах-супрессорах. Мы надеемся, что результаты наших наблюдений за клетками дрожжей помогут выявить ту самую "первую" мутацию в опухолях".

По мнению Хардвик, главное преимущество работы с дрожжами заключается в том, что удалить любой из их генов крайне легко. Её команда начала с доступной коллекции тысячи различных штаммов дрожжей, в каждом из которых был исключён один ген.

При определённой оптимальной температуре каждый из этих штаммов начинает развиваться, даже если какой-либо ген отсутствует. Поначалу команда Хардвик задалась вопросом: в пределах какого-то одного штамма дрожжей имеет ли каждая клетка одинаковую генетическую последовательность, как и другие клетки?

"Известно, например, что в пределах одной опухоли различные клетки обладают различными мутациями или версиями гена, – объясняет Хардвик. – Так что казалось правдоподобным, что другие клеточные популяции проявят аналогическое генетическое разнообразие".

Чтобы проверить эту теорию, её команда случайно выбрала один из 250 штаммов с удалённым геном. Для каждого штамма было создано шесть субштаммов (каждый из полученной клетки дрожжей "родительской партии"). Учёные подвергли каждый субштамм "стресс-тесту", предназначенному для обнаружения субштаммов с поведением, отличающимся от родительской партии. Все субштаммы развивались в одинаковых условиях, но когда температура постепенно повысилась всего за несколько минут, некоторые субштаммы умерли, так как не смогли справиться со стрессом.

Когда команда Хардвик изучила их гены, оказалось, что в дополнение к первоначально удалённым генам, каждый из субштаммов также имел мутацию в другом гене. Исследователи заключили, что удаление одного гена повлияло в разных клетках на различные генетические последовательности.

Затем они проверили все пять тысяч оригинальных штаммов с одним исключённым геном, чтобы найти субштаммы, способные развиваться в среде с низкой питательной ценностью (черта, часто характерная для опухолевых клеток). Это был ещё один стресс-тест, предназначенный для обнаружения различий между отдельными клетками, взятыми из родительской партии. В результате микробиологами было выявлено 749 штаммов, разница в темпах роста которых была обусловлена в основном вторичными мутациями.

В общей сложности, команда получила доказательства того, что 77% всех штаммов с удалённым геном в итоге приобрела одну или две дополнительные мутации, которые в дальнейшем повлияли на выживаемость клеток и/или ускорили их рост в условиях нехватки пищи.

Хардвик считает, что дальнейшие изменения генома дрожжей могут привести к ещё более высокому проценту двойных мутантных штаммов. Она считает, что "по сути, любой мутировавший ген имеет право изменить другие гены в геноме". Удаление одного гена, кажется, вызывает биологический дисбаланс – достаточно сильный, чтобы спровоцировать дополнительные адаптивные генетические изменения.

Подробнее об исследовании рассказывает статья, опубликованная в журнале Molecular Cell.

Также по теме:
Обнаружены гены, отвечающие за асимметрию тела
Обнаружены генетические предпосылки пяти главных психических болезней 
За производство спермы ответственны гены женской хромосомы
Выявлены пять генов, отвечающих за форму лица человека
Видео: Человечество глупеет из-за мутации генов
Разработана инъекция, способная излечить карликовость людей

Сегодня