Алон Кейнан, доцент кафедры биологической статистики и вычислительной биологии в Корнелле, и Эрез Леванон, соавтор и доцент факультета наук о жизни Мины и Эверарда Гудман в Университете Бар-Илан в Израиле, описывают роман, и редкие , процесс, запускаемый членом семейства антивирусных ферментов APOBEC, опубликованных в журнале Genome Research. По мере развития приматов, включая шимпанзе, неандертальцев и современных людей, количество типов вирусов, предназначенных для борьбы с приматами, увеличивалось. APOBEC в наших клетках обеспечивают мощную защиту, бомбардируя вирусный геном кластерами мутаций, чтобы они не могли продолжать инфекцию. Однако наличие такой защиты, основанной на мутациях, рискованно для клеток, поскольку «дружественный огонь» может нанести ущерб и нашему геному.
Действительно, было показано, что ферменты вызывают мутации в опухолевых клетках молочной железы и других раковых образованиях.«В течение нескольких лет мой сотрудник, Эрез Леванон, пытался убедить меня, что мы должны проверить, могут ли события« дружественного огня »передаваться последующим поколениям», — сказал Кейнан. «Совсем недавно, с растущими доказательствами их роли в развитии рака и намёками на то, что они экспрессируются в клетках, производящих сперматозоиды и яйцеклетки, мы были готовы проверить, оказало ли наследование таких событий влияние на эволюцию».
Открытие особенно важно, потому что фермент имеет тенденцию изменять участки генома, которые кодируют белки, а также области, ответственные за их регуляцию. Это остаток их основной функции в защите от вирусов: многие вирусы состоят из одноцепочечной ДНК или РНК, а ДНК, активно используемая в качестве матрицы для белков, временно является одноцепочечной и разматывается из двойной спирали. Для фермента они выглядят одинаково.
Исследователи искали сигнатуру прошлых мутаций у людей и наших ближайших родственников-гоминидов, сосредоточив внимание на одном из ферментов семейства APOBEC, APOBEC3, поскольку в ходе эволюции приматов он распространился на несколько подтипов, каждый из которых имеет уникальные мутационные сигнатуры.Они знали, что фермент распознает определенный мотив в ДНК и нацелен только на одно из оснований ДНК для мутации.
Еще один характерный признак: множественные мутации, происходящие близко друг к другу. Используя консервативные критерии, они идентифицировали тысячи таких случаев, уникальных для геномов приматов, и в качестве отрицательного контроля не идентифицировали ни одного у других позвоночных, таких как мыши, у которых отсутствуют многие из генов APOBEC3.«Что привлекательно, так это то, что это ускоренный эволюционный механизм, который может вызвать большое изменение в гене за одно поколение», — сказал Леванон. «Это как играть в лотерею — это не могло иметь никакого эффекта, или это могло иметь большое значение».
«Эти события потенциально мутируют десятки оснований ДНК в небольшой области размером меньше гена. Разумно думать, что большинство этих мега-мутаций будут вредными и исчезнут со временем, но мы действительно видим большое количество которые выжили ", — добавил Кейнан. «Важно отметить, что те, кто выжил, чрезмерно представлены в функционально важных частях генома, что позволяет предположить, что некоторые из этих мутаций были поддержаны естественным отбором, потому что они давали преимущество».
Исследование финансировалось Европейским исследовательским советом, программой I-CORE Комитета по планированию и бюджету в Израиле и Национальными институтами здравоохранения США.