В каждой клетке нашего тела заложен один и тот же генетический код. Каким образом тогда в организме возникают разные ткани, чем мы отличается друг от друга на генетическом уровне и почему у нас такой сложный мозг — исследованию подобных вопросов посвящен проект GTEx, первые результаты которого были опубликованы недавно в журнале Science.
Проект GTEx (Genotype-Tissue Expression Project, проект по изучению экспрессии генотипа в разных тканях), начатый в 2010 году, в котором участвуют исследователи из обеих Америк и Европы, в том числе один ученый из России, — первая масштабная попытка выяснить, какие части генома активны в каких тканях.
«Пока опубликована только пилотная часть проекта, в рамках которой ученые проанализировали 1641 образец тканей уже умерших людей. Специалисты работали примерно с 40 видами тканей людей разных возрастов, полов и рас: азиатов, афроамериканцев и европеоидов.
— пояснил «Чердаку» один из авторов публикации Дмитрий Первушин, доцент факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
«Теоретически все эти исследования позволят понять, какие заболевания или отклонения от нормы обуславливаются теми или иными мутациями. Возможно, их можно будет предсказывать, просто взяв анализ ДНК у человека», — уточнил Первушин, добавив, что пока технология таких исследований только отрабатывается, но уже в ближайшие годы будет применяться и в клинической практике.
Почему у нас такой сложный мозг
Та часть работы, в которой принимал участие Дмитрий Первушин, касалась активности в клетках мозга так называемых микроэкзонов. Информация в каждом гене «записана» не подряд, между смысловыми кусками есть разделяющие вставки. Когда генетический код считывается, эти вставки вырезаются, остаются только участки под названием экзоны, которые склеиваются в непрерывный код. Одно из объяснений того, как всего 20 тысяч генов управляют развитием и работой человеческого организма во всей его сложности, как раз связано с экзонами: они могут склеиваться при считывании генетического кода в разных комбинациях. Микроэкзоны обладают длиной в 20 нуклеотидов или меньше, в то время как большинство экзонов имеет длину свыше 100 нуклетидов.
Было известно, что микроэкзоны есть, например, у мушек-дрозофил. Однако у мухи они встречаются лишь в одном гене, и благодаря их различным комбинациям, из него может получиться до 38 тысяч разных вариантов. Каждый из них работает по-своему, и, как полагают ученые, в них кодируется информация о том, как будут соединяться между собой нейроны в мозге у дрозофилы.
Человеческий мозг от мушиного отличается очень сильно, однако микроэкзоны и в нашем мозге, по всей видимости, также играют важную роль. Дмитрий Первушин и его коллеги в ходе работы над проектом GTEx выяснили, что хотя микроэкзоны есть во всех клетках организма, активны они преимущественно в мозге. Возможно, эти генетические элементы нужны для того, чтобы закодировать дополнительную информацию, необходимую для описания устройства и работы самого сложного органа человеческого тела.
«Мы только открыли дверь в новую большую науку, которую теперь будем раскапывать и выяснять, что эти маленькие кусочки делают. Однако сейчас у нас уже есть четкое понимание, что многообразие всех клеточных форм в мозге и того, как эти клетки работают, чем отличаются, как расположены, — все это может быть связано с тем, что в ДНК клеток мозга по-разному включаются эти маленькие участки», — рассказал Первушин.
«Пока опубликована только пилотная часть проекта, в рамках которой ученые проанализировали 1641 образец тканей уже умерших людей. Специалисты работали примерно с 40 видами тканей людей разных возрастов, полов и рас: азиатов, афроамериканцев и европеоидов.
На сегодня исследователи уже обработали около 8 тысяч образцов, а всего планируется 20 тысяч — к 2016 году. Это очень масштабный проект, наподобие энциклопедии»,
— пояснил «Чердаку» один из авторов публикации Дмитрий Первушин, доцент факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ.
«Теоретически все эти исследования позволят понять, какие заболевания или отклонения от нормы обуславливаются теми или иными мутациями. Возможно, их можно будет предсказывать, просто взяв анализ ДНК у человека», — уточнил Первушин, добавив, что пока технология таких исследований только отрабатывается, но уже в ближайшие годы будет применяться и в клинической практике.
Почему у нас такой сложный мозг
Та часть работы, в которой принимал участие Дмитрий Первушин, касалась активности в клетках мозга так называемых микроэкзонов. Информация в каждом гене «записана» не подряд, между смысловыми кусками есть разделяющие вставки. Когда генетический код считывается, эти вставки вырезаются, остаются только участки под названием экзоны, которые склеиваются в непрерывный код. Одно из объяснений того, как всего 20 тысяч генов управляют развитием и работой человеческого организма во всей его сложности, как раз связано с экзонами: они могут склеиваться при считывании генетического кода в разных комбинациях. Микроэкзоны обладают длиной в 20 нуклеотидов или меньше, в то время как большинство экзонов имеет длину свыше 100 нуклетидов.
Было известно, что микроэкзоны есть, например, у мушек-дрозофил. Однако у мухи они встречаются лишь в одном гене, и благодаря их различным комбинациям, из него может получиться до 38 тысяч разных вариантов. Каждый из них работает по-своему, и, как полагают ученые, в них кодируется информация о том, как будут соединяться между собой нейроны в мозге у дрозофилы.
Человеческий мозг от мушиного отличается очень сильно, однако микроэкзоны и в нашем мозге, по всей видимости, также играют важную роль. Дмитрий Первушин и его коллеги в ходе работы над проектом GTEx выяснили, что хотя микроэкзоны есть во всех клетках организма, активны они преимущественно в мозге. Возможно, эти генетические элементы нужны для того, чтобы закодировать дополнительную информацию, необходимую для описания устройства и работы самого сложного органа человеческого тела.
«Мы только открыли дверь в новую большую науку, которую теперь будем раскапывать и выяснять, что эти маленькие кусочки делают. Однако сейчас у нас уже есть четкое понимание, что многообразие всех клеточных форм в мозге и того, как эти клетки работают, чем отличаются, как расположены, — все это может быть связано с тем, что в ДНК клеток мозга по-разному включаются эти маленькие участки», — рассказал Первушин.
