HAR1-Последовательность ДНК человека
Последовательности ДНК, претерпевшие наибольшие изменения со времени разделения человека и шимпанзе, скорее всего и представляют собой как раз те самые участки ДНК, благодаря которым человек стал человеком. Компьютерныйт анализ списка быстро изменявшихся последовательностей поставил первым номером последовательность из 118 нуклеотидов, названную HAR1 (от human accelerated regions - зоны ускоренного развития у человека). Поразительно, что к моменту установления этого факта активность HAR1 была выявлена в двух образцах клеток мозга человека, хотя данная последовательность еще не получила названия и не была никем исследована. Известно, что человеческий мозг отличается от мозга шимпанзе по размеру, организации, степени сложности и другим особенностям, однако эмбриологические и эволюционные механизмы, лежащие в основе таких различий, все еще остаются почти неизвестными. HAR1 обещала пролить свет на один из самых загадочных аспектов биологии человека, поскольку HAR1 могла быть частью гена, активного в мозге и еще не известного науке.
Чтобы выяснить как можно больше об эволюционной истории HAR1, сравнили эту область генома у различных видов, включая еще 12 видов позвоночных, геном которых к тому времени был секвенирован. Оказалось, что до момента появления человека HAR1 эволюционировала чрезвычайно медленно: у кур и шимпанзе, пути которых в эволюции разошлись около 300 млн лет назад, в ней различаются лишь два из 118 нуклеотидов. Тогда как человека и шимпанзе разделяют целых 18 различий, хотя с момента расхождения эволюционных путей человека и шимпанзе прошло всего 6 млн лет.
То, что HAR1 оставалась практически неизменной на протяжении сотен миллионов лет, говорит о том, что она отвечает за нечто чрезвычайно важное; резкое изменение этой последовательности у людей указывает на значительную модификацию ее функции, произошедшую у непосредственных предков человека.
Важные сведения о функции HAR1 в мозге появились в 2005 г., после того как была создана флуоресцентная молекулярная метка, указывавшая на место активации HAR1 в живых клетках - т.е. на транскрипцию информации с ДНК на РНК. Метка показала, что HAR1 активна в той разновидности нейронов , которая играет важнейшую роль в формировании развивающейся коры больших полушарий (наружного слоя мозга, образующего борозды и извилины ). Если с нейронами что-нибудь происходит не так, то возникает тяжелое и часто смертельное врожденное заболевание - лиссэнцефалия (буквально "гладкий мозг"), при котором в коре отсутствует характерная для нее складчатость, а ее площадь значительно снижена. Нарушение работы этих нейронов связывают также с развитием шизофрении .
Таким образом, HAR1, активируясь в нужное время и в нужном месте, обеспечивает правильное формирование коры головного мозга. (Имеются указания на то, что эта последовательность также играет некоторую роль в сперматогенезе). Однако то, как именно данный фрагмент генетического кода влияет на развитие мозга, пока остается загадкой.
Помимо интересной эволюционной истории HAR1 имеет еще одну особенность - она не кодирует белок. Десятилетиями исследования в области молекулярной биологии были в основном направлены на изучение генов, кодирующих белки, строительные кирпичики наших клеток. Однако расшифрованная последовательности генома человека показала, что гены, кодирующие белки, составляют всего лишь 1,5% нашей ДНК. Остальные 98,5% содержат регуляторные последовательности, также гены, кодирующие РНК, которая не транслируется в белки.
Исходя из структуры последовательности HAR1 было предсказано и затем доказано экспериментально, что она кодирует РНК. Показано также, что человеческая HAR1 располагается в двух перекрывающихся генах. Общая для них последовательность HAR1 является представителем совершенно нового структурного типа РНК, обнаруженного сверх шести известных классов генов РНК. Эти шесть важнейших групп охватывают более 1 тыс. различных семейств генов РНК, различающихся структурой и функцией кодируемой ими РНК.
HAR1 также представляет собой первый известный нам пример последовательности, кодирующей РНК, которая подвергалась положительному давлению естественного отбора. Для того чтобы наш общий с шимпанзе предок превратился в человека, не было необходимости ускорять ход молекулярных часов в целом. Секрет состоял в том, чтобы быстро внести изменения в те места, где они окажут значительное влияние на функционирование всего организма. Очевидно, что HAR1 - это как раз такое место.
