Ученые разгадали давнюю загадку инфузорий

Раскрытый механизм эпигенетического наследования признаков с помощью малых РНК создает принципиально новые возможности как для повышения информационной емкости генома (один ген — разные способы прочтения), так и для наследуемого выключения генов и даже появления новых видов живых организмов.

Инфузории размножаются простым делением, а половой процесс используют для обмена генетической информацией. Американский генетик Трейси Соннеборн впервые наблюдал половой процесс у инфузории-туфельки Paramecium 75 лет назад: смешанные в микроаквариумах инфузории двух разных линий слипались в большие комки на дне и затем разбивались на сотни парочек. Каждую пару образовывали клетки противоположных типов спаривания, названные Е и О — четный и нечетный.

У инфузорий половой процесс не приводит к размножению — оба партнера, обменявшись генетическим материалом, становятся генетически идентичными друг другу и расходятся. Тем не менее оказалось, что собственно тип спаривания сохраняется в соответствии с родительским — то есть О-клетка производит половое потомство О-типа спаривания, а Е-клетка — Е-типа спаривания.

В эпоху бурного расцвета генетики такое — материнское — наследование признаков в ряду поколений, не соответствовавшее законам Менделя, было необъяснимым: если генотипы гибридов идентичны, то и признаки должны проявляться одинаково. Позднее у разных живых организмов обнаруживали примеры того, как одна и та же генетическая информация, заложенная в хромосомах, по-разному интерпретируется разными клетками, а «способ прочтения» наследуется; эти примеры привели к появлению новой биологической дисциплины — эпигенетики.

Оказалось, что часть гена, отвечающего за принадлежность инфузории к определенному типу спаривания, похожа на транспозоны — последовательности-паразиты, способные случайным образом расселяться по геному. Наличие такой посторонней последовательности внутри гена приводит к нарушению его функции.

У инфузорий есть специальные механизмы, с помощью которых удаляются транспозоноподобные последовательности при формировании макронуклеуса — ядра, обеспечивающего повседневную жизнь инфузории. Эти одноклеточные избегают ошибок в сложнейшем процессе, используя геном старого, материнского, макронуклеуса как трафарет, по которому можно воспроизвести новый функциональный геном.

Посредником между материнским и развивающимся ядрами служат особые малые некодирующие РНК, получившие название сканирующих РНК. С помощью механизма РНК-сканирования инфузории защищают работающий геном макронуклеуса от транспозонов, способных нарушить функции жизненно важных генов. Аналогичные системы защиты генома от транспозонов, ключевую роль в которых играют малые РНК, недавно обнаружены и у многоклеточных животных.

Согласно последним данным, приведенным в статье, именно система геномного сканирования обеспечивает материнское наследование типов спаривания у инфузорий-туфелек.

Оказалось, что древний механизм защиты генома от транспозонов вовлечен в регуляцию работы клеточных генов, обеспечивая, в частности, загадочное материнское наследование типов спаривания у инфузории-туфельки. Вероятно, что многие гены у инфузорий находятся под контролем этого механизма.