| abstract
| - Для большинства генов любого организма (70–80%) можно найти ортологи (см. Гомологичные последовательности ДНК) — гены с тем же происхождением — у других, даже довольно отдаленных организмов. Гены-ортологи не обязаны выполнять одни и те же функции — у разных организмов они могут взять на себя разные роли. Особенно располагает к этому дупликация гена, после которой одна из копий может освободиться от давления отбора и попробовать себя в чем-то другом. Тем не менее функция ортологичных генов чаще все-таки остается прежней. У организмов обычно нет повода менять то, что и так работает, особенно если это что-то производится в больших количествах. Поэтому гены меняются медленнее некодирующих последовательностей, а активно работающие гены — и того медленнее. И все-таки, насколько непохожими могут стать ортологичные гены за миллиарды лет после их отделения от общего предка? Ученые из Техасского университета в Остине решили проверить это достаточно прямолинейным методом. Они выбрали 469 ортологичных генов, которые присутствовали у дрожжей и человека (и притом в единственной копии, чтобы не усложнять картину), и проверили, какие из человеческих генов всё еще подходят для дрожжей — спустя миллиард лет их отдельного развития. Сначала для каждого из выбранных генов получали штамм дрожжей, у которых этот ген был выключен или даже полностью удален. Гены для эксперимента выбрали такие, чтобы без них дрожжи не могли расти. В полученные штаммы вводили специальные дрожжевые плазмиды с соответствующим геном человека, который либо постоянно работал, либо мог включаться при добавлении определенного вещества. Иногда экспрессию человеческого гена приходилось корректировать, чтобы соответствующий белок не накапливался в токсичных количествах. В итоге почти половину (47%) из отключенных или удаленных генов дрожжей удалось заменить человеческими гомологами. Казалось бы, человек довольно далеко ушел от дрожжей — и тем не менее значительная часть из его протестированных генов всё еще подходит и для дрожжей. Интересно было узнать, что общего у тех генов человека и дрожжей, которые остались заменяемыми. Ученые оценили 104 характеристики, которые могли повлиять на способность генов заменять друг друга. В их числе были: сходство последовательностей, накопление РНК и белка и их размер, скорости транскрипции и трансляции и многие другие параметры (характеристики были взяты из биологической базы данных KEGG — Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; рис. 1). Ожидаемым образом существенное значение имело сходство последовательностей, но и оно в большинстве случаев не позволяло предсказать, подойдет ли ген человека, чтобы заменить дрожжевой ортолог. Самые непохожие гены (менее 20% совпадений кодируемых аминокислот) действительно не могли заменить соответствующие гены дрожжей, а самые похожие (более 50% совпадений кодируемых аминокислот) чаще всего подходили в качестве замены. Однако большая часть исследованных генов попадала в промежуточную область — от 20 до 50% сходства кодируемых аминокислот — и по сходству их последовательностей нельзя было предсказать, подойдет ли человеческий белок в качестве замены дрожжевому. Неожиданным стало то, что заменимость генов нельзя было предсказать и по уровню экспрессии — ведь чем активнее работает ген, тем более рискованно его менять и тем медленнее он эволюционирует. Поэтому можно было бы ожидать, что чем сильнее экспрессируется ген, тем с большей вероятностью он сможет заменить ортологичный ген представителя другого вида, но в общем случае такая закономерность не соблюдалась. Зато, тоже неожиданно, заменимость ортологичных генов можно было предсказать, зная процесс, в котором участвуют их продукты. Так, гены человека, участвующие в инициации репликации ДНК, не подходили дрожжам, а почти все гены биосинтеза стерола (см. Sterol) — катализирующие переход ацетилкофермента A в холестерин у людей и в эргостерин (см. Ergosterol) у дрожжей — подошли. Интересной оказалась картина с генами протеасомы — молекулярной машины для уничтожения ненужных белков. Протеасома состоит из нескольких белковых колец, уложенных друг на друга. Внешние кольца состоят из альфа-субъединиц, и они служат воротами протеасомы и контролируют, что попадет внутрь нее. Кольца в середине состоят из бета-субъединиц, способных гидролизовать те белки, которые попадут внутрь протеасомы. Все гены, кодирующие белки альфа-субъединицы, оказались заменимыми, а большая часть генов бета субъединиц была незаменима (рис. 2). При этом белки-продукты незаменимых генов взаимодействовали межу собой. Ученые попытались заменить дрожжевые гены протеасомы генами-ортологами других организмов, помимо человека. И, как и в случае с человеческими генами, чужие гены могли заменить альфа-субъединицы дрожжевых протеасом, но не могли заменить бета-субъединицы. Получается, что части протеасомы подвергались различным давлениям отбора. Здесь опять мы видим разделение по функциям: белки, которые занимались гидролизом, оказались незаменимыми, а белки, составляющие вход в протеасому, можно было заменить соответствующими белками других организмов.
|
![[RDF Data]](/fct/images/sw-rdf-blue.png)