Ученые разгадывают тайны "темного генома": обнаружено миллион новых экзонов в ДНК человека

Ученые из Центра исследований клеток и биомолекул имени Доннелли Университета Торонто обнаружили почти миллион новых экзонов — участков ДНК, которые выражаются в зрелой РНК, в геноме человека.

В геноме человека содержится около 20 000 генов, кодирующих белки, включающих приблизительно 180 000 известных внутренних экзонов . Эти участки, кодирующие белки, составляют всего лишь один процент от всего генома человека. Оставшаяся его часть до сих пор остается загадкой и часто называется "темным геномом".

"Мы начали раскрывать тайны темного генома, обнаружив почти миллион ранее неизвестных экзонов с помощью метода, известного как ловушка для экзонов", — сказал Тимоти Хьюз, главный исследователь и профессор кафедры молекулярной генетики медицинского факультета Темерти Университета Торонто.

"Техника заключается в использовании анализа с плазмидами для обнаружения экзонов в фрагментах ДНК неизвестного состава", — добавил Хьюз, занимающий должность исследователяпо декодированию регуляции генов в Университете Торонто. "Хотя метод ловушки для экзонов сейчас используется не так широко, он оказался эффективным при комбинировании с методом высокопроизводительного секвенирования для сканирования всего генома человека".

Экзоны — это сегменты генома, которые могут кодировать белки для регулирования развития тканей и биологических процессов в организме. Они считаются автономными, если для включения в зрелую РНК, которая затем переводится в белок, им не требуется внешняя помощь.

Исследовательская группа предприняла шаги к переосмыслению одного из ключевых аспектов в области молекулярной генетики: модели определения экзонов, которая ранее предполагала, что удаление некодирующих участков из генома упрощается благодаря четким маркерам, обозначающим границы экзонов. Однако это предположение оказалось не всегда верным, ведь процесс соединения экзонов может проходить с ошибками, приводя к образованию зрелых РНК с нефункциональными элементами.

"Почти ни один из вновь обнаруженных экзонов не встречается последовательно в геномах разных видов", — сказал Хьюз. "Они, кажется, появляются в геноме человека в основном из-за случайных мутаций и вряд ли играют значительную роль в нашей биологии. Это свидетельствует о том, что эволюция человека включает много проб и ошибок, что, скорее всего, обусловлено огромным размером нашего генома".

Документирование случайно мутировавших экзонов в геноме человека важно, поскольку их трансляция может быть потенциально вредной. Длинные некодирующие РНК-экзоны, которые являются автономными, но часто не имеют известной функции, связаны с развитием рака. Из примерно 1,25 миллиона известных и неизвестных экзонов, обнаруженных с помощью ловушки для экзонов, почти четыре процента были длинными некодирующими РНК-экзонами.

Также в геноме есть участки, которые обычно не кодируют белки и называются псевдоэкзонами. Они могут изменяться таким образом, чтобы активировать части ДНК, обычно не участвующие в создании РНК. Эти изменения могут случайно включить псевдоэкзоны в состав РНК, что иногда может привести к развитию болезней.