Ученые поняли, каким образом у живых организмов появляются лишние пальцы, сердца и другие аномалии

Геном человека содержит миллионы энхансеров. Это небольшие участки ДНК, которые, как переключатели, регулируют экспрессию — то есть раскрытие и использование информации, содержащейся в генах и необходимой для успешного развития организма. Они начинают играть свою роль сразу после зачатия.

Сейчас ученым впервые удалось определить, какие процессы внутри энхансеров отвечают за типовой «комплект» организма, например, почему у людей в норме именно по пять пальцев на конечностях. А также — какие сбои в их работе могут привести к появлению лишних частей тела. Об открытии сообщает Калифорнийский университет в Сан-Диего (США).

Исследователи обнаружили: для того, чтобы запустить экспрессию генов, энхансеры очень слабо связывают белки, известные как факторы транскрипции. Именно определенная сила связи отвечает за корректность процесса — то есть, чтобы экспрессия была на нужном уровне, в нужном месте и в нужное время. Однако в геноме человека может возникнуть точечный, сложно заметный для ученых, сбой, который усилит эту связь — и тогда процесс экспрессии произойдет с ошибкой.

«Таким образом, эти изменения в нашем геноме оказывают драматическое влияние на генетические инструкции, приводя к появлению дополнительных пальцев у мышей и людей», — отметили в университете.

Затем ученые нашли три семьи, члены которых имели мутации в структуре ДНК, вызывающие появление лишнего пальца. Проанализировав геномы этих людей, авторы статьи теперь могут предсказать, какие мутации приведут к еще большему количеству пальцев и более серьезным дефектам конечностей.

Более того, возможность прогнозировать, какие варианты сбоев изменят геномные инструкции, удалось масштабировать на тысячи энхансеров разных типов и видов клеток. В ходе лабораторных экспериментов, например, удалось «запрограммировать» геном морских существ асцидий таким образом, чтобы появлялось второе бьющееся сердце.

«Исследование иллюстрирует ключевую уязвимость наших геномов: изменения в одной паре оснований, которые заставляют транскрипционные факторы связываться с энхансером еще немного сильнее, могут вызвать дефекты развития. Использование этих знаний позволит нам лучше предсказывать, какие варианты энхансеров лежат в основе заболеваний, чтобы использовать весь потенциал наших геномов для улучшения здоровья человека», — говорит руководитель проекта доцент Эмма Фарли.