Как эгоистичный ген, кодирующий белок, который способен убить организм, может распространяться в популяции с более высокой скоростью, чем большинство других генов?
Предыдущие исследования лаборатории Сары Зандерс из Института медицинских исследований Стауэрс показали, что ген дрожжей wtf4 с драйверной (увеличивающей сохранность или экспрессию гена) мутацией продуцирует ядовитый белок, способный уничтожить все потомство клетки. Однако драйв достигается, когда wtf4 присутствует только на одной хромосоме из пары. Могут быть спасены только гомозиготные потомки с аллельным геном wtf4 на парной хромосоме, который кодирует белок-противоядие.
Основываясь на этой работе, группа обнаружила, что различия во времени образования белков-ядов и белков-противоядий из wtf4 и их уникальные закономерности распределения в развивающихся спорах имеют фундаментальное значение для процесса драйва генов.
Группа разработала модель, которую продолжает исследовать на предмет того, какое действие яд оказывает споры – клетки грибов, служащие для их размножения. Полученные результаты показывают, что ядовитые белки группируются вместе, потенциально нарушая правильную упаковку других белков, необходимых для функционирования клетки. Поскольку ген wtf4 кодирует и противоядие, очень похожее по форме, оно группируется вместе с ядом. Однако у противоядия есть дополнительная часть, которая, по-видимому, изолирует скопления яда-противоядия, перенося их в мусорное ведро клетки, вакуоль.
Чтобы понять, как функционируют эгоистичные гены во время размножения, исследователи изучили процесс образования спор и обнаружили ядовитый белок, экспрессирующийся во всех развивающихся спорах и окружающей их среде, в то время как белок-антидот был обнаружен только в межклеточном пространстве в низкой концентрации. Позже противоядие обнаруживается и внутри спор, унаследовавших wtf4 от родительской дрожжевой клетки.
Иллюстрация, изображающая механизм и распределение экспрессии противоядия и яда. В начале мейоза экспрессируются оба белка. Позже противоядие обнаруживается только вне спор, в то время как ядовитый белок повсюду. Наконец, зрелые гомозиготные споры, которые наследуют wtf4, содержат яд и противоядие, в то время как гетерозиготные споры уничтожаются.
Группа также обнаружила, что молекулярный переключатель, который контролирует многие другие гены, участвующие в образовании спор, также контролирует экспрессию яда, но не противоядия, из гена wtf4. Переключатель необходим для размножения дрожжей и неразрывно связан с wtf4, помогая объяснить, почему этот эгоистичный ген так успешно уклоняется от любых попыток хозяина отключить его.
Если научиться манипулировать этими генами-паразитами, чтобы они экспрессировались, например, в организме комаров, можно способствовать их уничтожению, и это могло бы стать способом борьбы с вредителем.
Статья N.Nuckolls et al. S.pombe wtf drivers use dual transcriptional regulation and selective protein exclusion from spores to cause meiotic drive опубликована в журнале PLoS Genetics.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам Stowers Institute: How selfish genes succeed.
