Studie biedt nieuwe inzichten in een oud mechanisme van zoogdierevolutie

Studie biedt nieuwe inzichten in een oud mechanisme van zoogdierevolutie

Anonim

door European Molecular Biology Laboratory

Image

Een team van genetici en computationele biologen in het VK onthult vandaag hoe een oud mechanisme betrokken is bij gencontrole en de evolutie van het genoom blijft aansturen. De nieuwe studie is gepubliceerd in het tijdschrift Cell .

Om goed te functioneren, hebben zoogdierweefsels het eiwit CTCF nodig, dat verschillende belangrijke activiteiten heeft, waaronder de regulering van genen en interactie met eiwitten in de kern van de cel om genactiviteit te veranderen. CTCF werkt door zich te binden aan DNA en speelt een rol bij ziekten zoals HIV-infectie en kanker. Er is echter zeer weinig bekend over de oorsprong van de DNA-sequenties die worden gebonden door CTCF.

In deze studie gebruikten de onderzoekers monsters van zes zoogdieren (mens, makaak, muis, rat, hond en kortstaartopossum) om te bepalen waar CTCF aan elk genoom bindt. Ze ontdekten ongeveer 5000 locaties die aanwezig zijn in de meeste celtypen en weefsels en die niet zijn veranderd gedurende honderden miljoenen jaren van evolutie van zoogdieren. Omdat deze CTCF-bindingsplaatsen gedurende de evolutie behouden zijn, geloven de onderzoekers dat velen een belangrijke rol kunnen spelen bij genregulatie.

Het team vond een nog groter aantal locaties waar CTCF DNA bindt in slechts één lijn of een enkele soort. Deze extra sites vertegenwoordigen een signatuur van belangrijke evolutionaire veranderingen sinds onze laatste gemeenschappelijke voorouder - erfenissen, in sommige gevallen, van het evolutionaire pad naar mensen. Deze nieuwere CTCF-sites zijn ingebed in virusachtige stukjes DNA die 'retro-transposons' worden genoemd. Retro-transposons gebruiken een copy-paste mechanisme om kopieën van zichzelf over het genoom te verspreiden.

"We hebben een nieuw, geïntegreerd model van CTCF-evolutie ontwikkeld, dat de oorsprong verklaart van deze 5000 zeer geconserveerde CTCF-bindende gebeurtenissen bij zoogdieren, " zei Paul Flicek van het European Molecular Biology Laboratory-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) en de Wellcome Trust Sanger Institute. "Al met al bieden onze bevindingen een fascinerend inzicht in een oud evolutiemechanisme dat nog steeds actief ons genoom verandert."

"CTCF is een belangrijke regulator die betrokken is bij het hermodelleren van chromatine en genexpressie, die beide verstoord zijn bij de ontwikkeling van kanker. De genexpressie en chromatineveranderingen bij kanker zijn recent ook ingeroepen om de uitkomst van specifieke kankerbehandelingen te voorspellen. waarom het zo belangrijk is om een ​​gedetailleerd begrip te hebben van hoe bepaalde delen van het genoom resistent of plastic zijn voor veranderingen, "aldus Duncan Odom van Cancer Research UK en het Wellcome Trust Sanger Institute.

Het kopieer- en plakgedrag van de retro-transposon wordt al lang als volledig self-serving beschouwd. De studie toonde echter aan dat wanneer een retro-transposon dat een CTCF-bindende sequentie bevat zich rond het genoom van een zoogdier verspreidt, functionele CTCF-bindingsplaatsen op nieuwe locaties kunnen worden afgezet, waardoor de activiteit van verre genen wordt gewijzigd.

"We keken naar zes soorten zoogdieren die primaten, buideldieren, knaagdieren en carnivoren vertegenwoordigen, en ontdekten een eenvoudig mechanisme dat ze allemaal gebruiken om hun DNA te vernieuwen, " verklaarde Petra Schwalie van EMBL-EBI. "We ontdekten ook dat onze verre voorouders ook dezelfde gecompliceerde relatie ervoeren tussen CTCF en retro-transposons."

Met behulp van moleculaire paleontologietechnieken konden de onderzoekers fossiele sporen van oudere retro-transposon-expansies in het DNA rond de gedeelde CTCF-bindingslocaties identificeren en toonden aan dat dit proces al honderden miljoenen jaren actief is.