Ученые обнаружили новое семейство молекул, которые работают вместе, чтобы точно удалить нежелательную ДНК во время размножения одноклеточных пресноводных организмов, называемых инфузориями.
Открытие этих новых молекул имеет большое значение для нашего понимания механизма удаления генов (или «вырезания») и перестройки, которые играют решающую роль в развитии и эволюции многих видов. Выводы опубликованы в eLife.
Транспозоны - это фрагменты ДНК, которые перемещаются в геноме и переносятся ферментами, называемыми транспозазами, которые связываются с ними. По мере того, как транспозоны прыгают в процессе эволюции, организмы-хозяева могут приобретать гены, которые они несут, и использовать их для приобретения новых функций в процессе, известном как одомашнивание..
Транспозазы из семейства PiggyBac неоднократно одомашнивались в различных организмах. Хотя их функция плохо изучена, известно, что они играют важную роль в размножении инфузорий, таких как Paramecium.
Когда эти одноклеточные организмы размножаются, они подвергаются огромной амплификации генома и удалению значительной части повторяющегося генетического материала, включая транспозоны. Это включает в себя точное удаление 45 000 некодирующих фрагментов ДНК (называемых внутренними устраненными последовательностями), которые в противном случае прервали бы 47% всех генов в геноме.
"Мы знали, что PiggyMac, одомашненная транспозаза в семействе PiggyBac, отвечает за расщепление ДНК, но мы не знали, как именно механизм удаления точно расположен на концах этой ДНК", объясняет ведущий автор Жюльен Бишерур, научный сотрудник Института интегративной биологии клетки, CNRS, Университет Париж-Сакле, Франция.
В этом исследовании команда определила еще пять групп транспозаз семейства PiggyBac, которые работают вместе с PiggyMac для точного удаления определенных фрагментов ДНК в геноме Paramecium. Заставив замолчать различные одомашненные транспозазы PiggyBac, они обнаружили, что каждая группа играет архитектурную роль и необходима для перемещения PiggyMac к ядру клетки во время размножения и последующего удаления генов..
Более того, блокирование активности транспозаз PiggyBac вызвало ряд ошибок в процессе удаления. Это показало, что некоторые члены семьи сохранили активность, но процесс стал менее эффективным и точным. Это также дало представление о предпочтительной длине ДНК, расщепленной этими молекулами. Тот факт, что некоторые последовательности было механически трудно удалить, проливает новый свет на потенциальные ограничения делеции генов у Paramecium в ходе эволюции.
"Наше открытие новых партнеров PiggyMac, кодируемых пятью группами дуплицированных генов в геноме Paramecium, дает новое понимание механизма удаления этих некодирующих последовательностей с помощью транспозаз и более глубокое понимание вовлеченного механизма", объясняет старший автор Мирей Бетермье, научный сотрудник Института интегративной биологии клетки, CNRS, Университет Париж-Сакле.«Основываясь на нашей работе, будущие исследования одомашненных транспозаз человека должны учитывать возможность того, что эти молекулы могут вместе участвовать в одной и той же клеточной функции».