Норвежские ученые из Бергенского университета открыли универсальные принципы сохранения генов в митохондриях, которые распространяются также на другие органеллы и на эндосимбионтов клеток. Это поможет в изучении мутаций в митохондриальной ДНК, которые могут вызывать серьезные наследственные заболевания. Исследование опубликовано в журнале Cell Systems.
Митохондрии — это клеточные органеллы, которые синтезируют химический эквивалент энергии, АТФ. Хлоропласты — это клеточные органеллы растений и водорослей, которые способны поглощать солнечный свет и осуществлять фотосинтез. Эти органеллы объединяет то, что изначально они представляли собой независимые организмы, обладающие полноценными геномами. Миллиарды лет назад эти организмы оказались «заточенными» в клетках наших предшественников. С тех пор органеллы потеряли большую часть своих геномов, хотя в ДНК митохондрий и хлоропластов все еще остались некоторые гены. Собственная ДНК этих органелл важна для организма, так как мутации в ней могут привести к развитию серьезных заболеваний. Тем не менее до сих пор не было до конца понятно, почему некоторые гены остались сохранены в ДНК органелл, а другие исчезли.
Норвежские ученые собрали базу данных митохондриальной ДНК в разных организмах. Затем они использовали моделирование, методы биохимии и структурной биологии для того, чтобы проверить различные гипотезы о сохранении генов. Используя инструменты статистики, машинного обучения и ИИ, исследователи собрали паттерны сохранения генов в митохондриальной ДНК. Как оказалось, многие из генов в митохондриях кодируют фрагменты крупных молекулярных машин. Ученые считают, что такой локальный контроль над синтезом важных субъединиц белков позволяет органеллам более быстро реагировать на изменения. Также ученые нашли подтверждения многим другим новым или уже существовавшим, но спорным идеям. Так, в митохондриях сохранялись гены, чьи продукты гидрофобны, потому что в противном случае их бы было тяжело транспортировать в клетку извне. Аналогичным образом сохранялись гены, продукты которых содержат более реакционноспособные химические группы. Это также может быть связано с повышением их стабильности внутри органеллы.
К удивлению ученых, модели, описывавшие гены митохондрий, могли быть успешно использованы и для описания генов хлоропластов. Также оказалось, что паттерны, определяющие сохранение генов митохондрий и хлоропластов, распространяются и на эволюцию других эндосимбионтов — организмов, которые захвачены клетками хозяев, например водорослей или насекомых. Это указывает на то, что найденные исследователями паттерны универсальны.
Исследование стало частью более крупного проекта, в котором ученые тоже ищут ответ на вопрос, как организмы сохраняют гены в органеллах. Мутации в митохондриальной ДНК могут стать причиной серьезных наследственных заболеваний. Поэтому исследователи используют моделирование, статистику и эксперименты, чтобы понять, как эти мутации предотвращаются у людей, растений и других организмов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
