Назад
Когда геномы родителей объединяются для создания генома ребенка, их ДНК рекомбинирует; при этом происходит перераспределение схожих частей, так что ребенок несет в себе части геномов обоих родителей.
Считается, что этот геном остается неизменным на протяжении всей жизни. Большинство клеток тела несут весь наш геном в ядре. С возрастом различные типы клеток продолжают делиться, производя новые клетки и воспроизводя геном для замены изношенных или поврежденных клеток. Во время этого процесса могут происходить мутации, и иногда они не исправляются. Поэтому со временем различные типы клеток по всему телу будут нести огромное количество различных мутаций. Недавно ученые обнаружили еще один уровень вариаций в ДНК человека.
Достижения в области методов генетического секвенирования и анализа выявили множество изменений, которые могут происходить в геноме человека на протяжении всей жизни. Как сообщается в статье в журнале Cell, исследователи также обнаружили, что некоторые повторяющиеся участки генома могут рекомбинировать гораздо чаще, чем мы думали. Длинные, повторяющиеся участки генома, которые когда-то считались "мусорной" ДНК, подвергаются многочисленным рекомбинациям, которые мы только сейчас начинаем расшифровывать. Эти рекомбинации происходят как в здоровых, так и в больных клетках. Значение этого явления еще предстоит понять.
Генные последовательности, анализируемые в данном исследовании, известны как Alu и L1; это длинные повторяющиеся элементы, которые можно найти по всему геному. Предыдущие работы показали, что Alu L1 может подвергаться рекомбинации, что приводит к мутациям, которые встречаются при раке и других заболеваниях. При анализе ДНК здоровых доноров авторы исследования обнаружили миллионы генетических мутаций, которые образовались при рекомбинации Alu и L1. Клетки в разных частях тела также демонстрировали различные паттерны рекомбинации.
В стволовых клетках человека, которые специализировались на превращении в нейронные клетки, также были обнаружены уникальные рекомбинационные паттерны в повторяющихся участках ДНК. Таким образом, один тип генетической мутации может быть связан с определенными аспектами развития человека, предположили исследователи.
Когда ученые изучили генетические последовательности пациентов с болезнями Альцгеймера и Паркинсона, они обнаружили, что при обоих заболеваниях наблюдаются специфические рекомбинационные сигнатуры. Потенциально рекомбинационные события могут быть связаны и с этими заболеваниями, хотя для того, чтобы понять, как они связаны между собой, потребуется дополнительная работа.
"В этом исследовании мы показали, что рекомбинация повторяющихся элементов в геноме человека является широко распространенным явлением, которое вносит свой вклад в сложное созвездие геномных вариантов, составляющих наши геномы", - сказал первый автор исследования Джованни Паскарелла из Центра интегративных медицинских наук RIKEN. "Мы предполагаем, что случайные рекомбинации Alu и LI в соматических клетках могут периодически приводить к перестройке генома отдельных клеток в уязвимых местах и стимулировать переход от здорового состояния к патологическому", - отметил соавтор исследования Пьеро Карнинчи, добавив, что дополнительные исследования помогут решить этот вопрос.
Giovanni Pascarella et al. Рекомбинация повторяющихся элементов создает соматическую сложность в геномах человека (аннотация).
Неаллельная рекомбинация между гомологичными повторяющимися элементами вносит свой вклад в эволюцию и генетические заболевания человека.
В данном исследовании мы объединили секвенирование коротких и длинных ДНК повторяющихся элементов с новой биоинформационной системой, чтобы показать, что соматическая рекомбинация Alu и L1 элементов широко распространена в геноме человека. Наш анализ выявляет тканеспецифические неаллельные признаки гомологичной рекомбинации; кроме того, мы обнаружили, что центромеры и гены, связанные с раком, обогащены ретроэлементами, которые могут действовать как горячие точки рекомбинации. Мы сравнили профили рекомбинации в индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клетках и дифференцированных нейронах и обнаружили, что нейрон-специфическая рекомбинация повторяющихся элементов сопровождает изменения хроматина во время определения клеточной судьбы. Кроме того, мы сообщаем, что профили соматической рекомбинации изменены при болезнях Паркинсона и Альцгеймера, что позволяет предположить связь между рекомбинацией ретроэлементов и нестабильностью генома при нейродегенерации.
Эта работа подчеркивает значительный вклад соматической рекомбинации повторяющихся элементов в геномное разнообразие в условиях здоровья и заболевания.
