Генетики выяснили, как эволюция структуры генов связана с их функциями
Структурная эволюция генов — это изменения в последовательности ДНК, из которой синтезируются белки. Они могут влиять на свойства, форму и функции белков, которые кодируются генами. В то же время за регуляторной эволюцией скрываются изменения в механизмах, управляющих активностью генов. Она определяет, когда и где ген активируется, что, в свою очередь, влияет на процессы, в которых участвует белок. Так, структурная эволюция влияет на сами белки, а регуляторная — на их выработку.
Человеческий интерактом: как ученые изучали активность генов
Генетическая эволюция играет ключевую роль в биологии, однако механизмы, связывающие структурные изменения генов с их функциями в сложных молекулярных сетях, до сих пор изучены недостаточно. Особенно остро эта проблема стоит в отношении молекулярных путей, которые участвуют в развитии онкологических и других системных заболеваний.
Чтобы узнать больше об аспектах эволюции генов, исследователи смоделировали человеческий интерактом — полный набор взаимодействий между молекулами в отдельной клетке. С помощью этой модели, включающей более 600 тыс. молекулярных взаимодействий, команда изучила активность более 4,4 тыс. генов и около 2 тыс. молекулярных путей.
Анализ показал, что структурная эволюция значительно замедляется для генов, регулирующих экспрессию белков, вовлеченных в многочисленные взаимодействия. Регуляторная же эволюция, как выяснилось, от количества взаимодействий не зависит.
«Эти данные подтверждают гипотезу о том, что белки, играющие центральную роль в биологических процессах, подвергаются более строгим эволюционным ограничениям, что сохраняет их функциональность. По всей видимости, структурная эволюция генов регулируется их ролью в молекулярных сетях, что позволяет по-новому взглянуть на механизмы генетической адаптации», — рассказывает Антон Буздин, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института персонализированной онкологии Сеченовского Университета.
Новый путь диагностики рака
Результаты работы приближают ученых к пониманию эволюционных процессов, связывающих структуру и функции генов — это открывает новые перспективы для диагностики и лечения онкологических заболеваний. В частности, дальнейшие научные проекты в этой области позволят понять, как на молекулярном уровне изменяются белки, играющие ключевую роль в развитии рака. Тогда станет возможным создание инструментов для ранней диагностики опухолей на основе выявленных мутаций.
Кроме того, знания о взаимодействиях белков и их эволюции открывают перспективы для разработки новых таргетных препаратов, способных повысить точность терапии и минимизировать побочные эффекты.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Frontiers in Genetics.