X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В настоящий момент известно, что всевозможные процессы сначала тщательно изучаются на животных, а затем с большей долей уверенности результаты проецируются на человека. Оказалось, что количество известных белков намного больше подсчитанных генов, что кодирующие части (экзоны) всех генов вместе составляют у человека 1% его ядерной ДНК, а функция прочих 95% неизвестна. Гены человека малочисленны и представляют собой редкие находки своей собственной ДНК.

Цель данной работы является изучение теоретических источников доли «неизвестной» ДНК в ядерной ДНК человека, что известно про «неизвестную» ДНК.

«Неизвестную» ДНК описывают как повторяющуюся ДНК. Значительный сегмент хромосомной ДНК (примерно 40%) мало изучен. О нем даже нельзя сказать то, что состоит ли он из повторяющихся последовательностей или нет, так как данный сегмент постоянно находится в составе гетерохроматина, поэтому его не удалось до конца изучить. Знание структуры повторяющихся участков ДНК (около 56% всей ДНК) не дает нам знаний о функции этих участков. Знание структуры повторяющихся участков ДНК не дает сведений о функциях данных участков.

Повторяющиеся последовательности делятся на два типа: диффузные и тандемные. Диффузные повторы расположены поодиночке и среди них выделяют такие виды, как длинные, короткие, транспозонные и ретровирусные. Тандемные повторы, или сателлитная ДНК подразделяется на 6 видов, среди которых одни повторы присутствуют только в определенных хромосомах, а другие могут находиться во всех. Тандемные повторы локализуются в центральных и периферических отделах хромосом. Такая область ДНК в составе хромосомы называется сателлитом, хромосома может состоять из нескольких таких сателлитов. В каждом сателлите может несколько раз повторяться одна и та же последовательность.

В связи с тем, что «неизвестная» ДНК мало изучена, выдвинуто несколько гипотез.

«Нулевая» гипотеза

Заключается в том, что вся «избыточная» ДНК никакой функции не выполняет. То есть, совокупность повторов – это паразит для человека, который передается дочерним клеткам без пользы. Но данная гипотеза считается маловероятной, так как организм – это усовершенствованная в процессе эволюции биомашина, которая предназначена для сохранения и увеличения генома (набора ДНК) с последующим передачей его копий в окружающую среду. А если более половины генома ничему не способствует, то шансы на выживание организма в конкурентной борьбе минимальны.

Гипотеза о структурообразующей функции «избыточной» ДНК

В активный центр входят лишь несколько остатков аминокислотных остатков – из нескольких десятков или сотен остатков аминокислот все полипептидной цепочки. Благодаря этим остаткам формируется трехмерная структура, которая сближает 5-6 аминокислот в активный центр. Помимо этого, образует еще и другие центры – для взаимодействия с регуляторами, соседними мономерами и т.д. Третичная структура ДНК зависит от связанных с ней белков, от этого зависит и функционирование генов. А для формирования трехмерной структуры ДНК требуется избыточное количество некодирующих последовательностей нуклеотидных пар.

Гипотеза о кодировании видовых размеров органов

Основанием для данной гипотезы является следующее:

- существует корреляция между «избыточной» ДНК и сложностью организма. В ходе эволюции «избыточная» ДНК появляется, накапливается и достигается у человека, тогда как у вирусов в ДНК ее нет.

- видовые различия у животных в явном виде обнаруживаются на уровне органов, важнейшим критерием органов являются размеры – абсолютные и относительные. Размеры зависят от количества делений соответствующих стволовых клеток во внутриутробном и последующих периодах.

«Избыточная» ДНК кодирует несколько делений различных стволовых клеток развивающегося организма, тем самым определяет абсолютные и относительные размеры всех органов во взрослом состоянии.

Гипотеза о кодировании видовых размеров органов: интроспекция

ДНК-повторы сопряжены с одним или несколькими генами соответствующего дифферона и функционируют только вместе. Они присутствуют в ядре каждой клетки, но функционируют из них лишь единицы в делящихся стволовых клетках. Повторы «избыточной» ДНК действуют только на ключевые (для определения числа делений стволовых клеток) гены каждого дифферона. Эти гены занимают в структуре хромосом определенные участки, которые для данных генов требуют участие в их деконденсации или конденсации групп повторов ДНК.

Исходных запас повторов в «департаментах» постмитотических клетках (нейронов, кардиомиоцитов) ограничен. Величина определяется количеством делений в этих дифферонах и, следовательно, общее число соответствующих клеток и размеров органов (мозга и сердца) по достижении взрослого состояния.

В «департаментах» условно постмитотичеких клетках (например, гепатоцитах) имеется кроме основного ограниченного запаса повторов, еще и дополнительный. Основной запас повторов определяет размера органа (в частности, печени), а дополнительный обеспечивает деление клеток при регенерации.

В «департаменте» митотических клеток запасы повторов могут быть на один-два порядка больше, чем в предыдущих «департаментах», что позволяет данным клеткам делиться в течение всей жизни организма.

Заключение

Определенную регулирующую роль в дифференцировке стволовых клеток играют короткие повторяющиеся последовательности. Белки, специфическое связывание которых с тандемными повторами определяет трехмерную структуру хроматина, от этой организации зависит специфическая работа гена. Значит, состояние системы повторяющихся последовательностей играет важную роль в дифференцировке стволовых клеток.

Список литературы

Мушкамбаров Н.Н. Статья «Неизвестная» ДНК эукариот, или Что делает человека человеком // Дерево жизни

Корочкин Л.И. Что такое стволовые клетки? // Природа. 2005. №6. С.3 – 11.

Мушкамбаров Н.Н. Аналитическая биохимия: В 3 т. М.: Экспедитор, 1996. 1300 с.