Ani de zile, oamenii de știință au crezut că anumite porțiuni ale ADN-ului nostru sunt inutile – rămășițe ale unor virusuri străvechi, care nu mai servesc niciunui scop. Însă un nou studiu al unei echipe internaționale de oamenii de știință arată că lucrurile ar putea să nu fie chiar așa.
Cercetătorii au descoperit că secvențele de ADN așa-numite „junk”, moștenite de la virusuri în urmă cu milioane de ani, ajută la controlul comportamentului genelor, mai ales în primele stadii de dezvoltare ale omului. Unele dintre aceste fragmente virale par să funcționeze ca niște comutatoare pornit-oprit pentru gene și ar putea ajuta la explicarea a ce diferențiază omul de alte specii.
Puteri ascunse ale ADN-ului viral străvechi
Unele porțiuni ale ADN-ului nostru sunt alcătuite din secvențe repetitive cunoscute sub denumirea de elemente transpozabile (TE), care provin din virusuri străvechi. De-a lungul a milioane de ani, aceste fragmente virale s-au multiplicat în genomul nostru prin procese de copiere și alipire. În prezente, ele reprezintă aproape jumătate din genomul uman.
Studierea acestor fragmente străvechi a fost o provocare, deoarece par aproape identice și se repetă de nenumărate ori în tot genomul. Familiile de TE mai tinere, precum cea denumită MER11, au fost în special dificil de analizat și sunt etichetate deficitar în actualele baze de date genomice. Acest lucru a făcut dificilă înțelegerea rolurilor pe care ele le îndeplinesc.
Pentru a aborda acest aspect, oamenii de știință au creat o nouă metodă pentru a sorta și clasifica elementele transpozabile (TE). În loc de a utiliza instrumentele obișnuite de adnotare, ei au grupat secvențele MER11 în funcție de cât de strâns erau apropiate în timp și cât de consecvent apăreau la primate. Prin această abordare, cercetătorii au reclasificat MER11A, B și C în patru familii clar definite, denumite de la MER11_G1 la MER11_G4, ordonate de la cea mai veche la cea mai nouă.
Epigenetica dezvăluie rolurile funcționale
Cu ajutorul aceste clasificări actualizate, echipa de cercetători a descoperit tipare care nu fuseseră trecute cu vederea anterior și a analizat modul în care aceste grupuri MER11 nou-definite se potriveau cu markerii epigenetici – etichete chimice de pe ADN și proteinele asociate care ajută la reglarea activității genelor. Rezultatele au arătat că noua clasificare reflectă mai bine rolurile biologice pe care le joacă aceste elemente.
Pentru a testa dacă secvențele MER11 ar putea influența direct activitatea genelor, cercetătorii au folosit o tehnică numită lentiMPRA (lentiviral masivly parallel reporter assay). Această metodă permite oamenilor de știință să examineze simultan mii de secvențe de ADN, prin inserarea lor în celule și măsurarea a cât de puternic stimulează fiecare dintre ele expresia genelor. Folosind lentiMPRA, echipa a testat aproape 7.000 de secvențe MER11 de la oameni și alte primate, observând cum acestea au afectat comportamentul genelor atât în celulele stem umane, cât și în celulele neuronale timpurii.
Rezultatele au arătat că MER11_G4 (cea mai tânără subfamilie) manifestă o capacitate puternică de activare a expresiei genelor. De asemenea, a avut un set distinct de „motive” de reglare, adică porțiuni scurte de ADN care servesc drept situsuri de andocare pentru factorii de transcripție – proteinele care controlează momentul în care genele sunt activate. Aceste motive pot influența dramatic modul în care genele răspund la semnalele din interior și exterior.
Analize ulterioare au arătat că secvențele MER11_G4 de la oameni, cimpanzei și macaci au acumulat fiecare modificări ușor diferite în timp. La oameni și cimpanzei, unele secvențe au dobândit mutații care le-ar putea crește potențialul de reglare în timpul apariției celulelor stem umane.
Studiul oferă un model pentru înțelegerea modului în care ADN-ul „junk” poate evolua în elemente de reglare cu roluri biologice importante. Urmărind evoluția acestor secvențe și testându-le direct funcția, cercetătorii au demonstrat cum ADN-ul viral străvechi a fost cooptat în modelarea activității genelor la primate.
Sursa: SciTechDaily