Istraživači iz laboratorije Ali Shilatifarda, doktora nauka, profesora Roberta Francisa Furchgotta i predsedavajućeg za biohemiju i molekularnu genetiku, otkrili su novu sekvencu klastera ponovljenih gena koja je isključivo eksprimirana kod ljudi i neljudskih primata.
Otkriće, detaljno opisano u studiji objavljenoj u Science Advances, predstavlja proboj za biologiju ljudskog genoma i ima široke implikacije za buduća istraživanja regulacije transkripcije, ljudske evolucije i proučavanja ponavljajućih sekvenci DNK, prema autorima.
„Ovo je neverovatno otkriće prvog faktora elongacije koji se ponavlja u ljudskom genomu i veoma je specifičan za primate“, rekao je Šilatifard, koji je i direktor Simpson Kveri instituta za epigenetiku i profesor pedijatrije.
Tokom poslednje dve decenije, brz napredak u tehnologijama sekvenciranja genoma ubrzao je istraživanja koja istražuju genetsku strukturu različitih regiona u ljudskom genomu. Veći regioni ljudskog genoma se sastoje od ponavljajućih sekvenci DNK, koje su stručnjaci nazvali genetskom „tamnom materijom“, koja se donedavno nije mogla identifikovati korišćenjem tradicionalne tehnologije sekvenciranja DNK kratkog čitanja.
Nedavni razvoj sekvenciranja DNK koji se dugo čita, međutim, omogućio je istraživačima, uključujući Shilatifardov tim, da istraže ove dugačke sekvence „tamne materije“ i okarakterišu njihovu ulogu u genetskoj raznolikosti i evoluciji. Kredit: Brianna Monroe
U trenutnoj studiji, dok je karakterisao jedinjenje inhibitora raka u ljudskim ćelijskim linijama, Shilatifardov tim je naišao na grupu ranije nekarakterističnih gena koji kodiraju protein Elongin A3, ili ELOA3. Ovaj protein je blisko povezan sa proteinom ELOA, koji je ranije proučavan zbog njegove uloge u regulisanju transkripcije RNK polimeraze II (RNAPII), procesa koji je neophodan za ekspresiju gena.
„Generalno, jedan ljudski protein je kodiran jednim genom, a blisko povezani proteini mogu biti kodirani odvojenim genima na različitim hromozomskim lokacijama. Međutim, u slučaju ELOA3, mnogi geni locirani u istom genetskom lokusu kodiraju identičan protein, čineći to je intrigantna tema za proučavanje“, rekao je dr Mark Morgan, bivši vanredni profesor istraživanja u Shilatifardovoj laboratoriji na FSM-u, a sada vodeći naučnik u Dečjoj bolnici St. Jude Research i ko-vodeći autor studije.
U saradnji sa laboratorijom dr Evana Eichlera, profesora nauka o genomu na Medicinskom fakultetu Univerziteta u Vašingtonu, istraživači su dalje otkrili da je klaster gena ELOA3 jedinstven za ljude i neljudske primate, te da je broj Ponavljanja gena ELOA3 variraju od pojedinca do vrste primata.
„Vi možda imate 52 kopije, ja možda 27 kopija, neko drugi može imati 32 kopije. Ne znamo zašto, ali znamo da postoje različite jedinice ponavljanja u svakoj individui, a ova ponovljena jedinica je visoko očuvana među primatima“, rekao je Šilatifard.
„Ova zapažanja su nas navela da predložimo da je klaster gena ELOA3 prošao kroz usklađenu evoluciju i homogenizaciju gena unutar vrsta primata koje smo ispitali“, dodao je Morgan.
Koristeći tehnike biohemije proteina, tim je otkrio da ELOA3 formira poseban proteinski kompleks od ELOA proteina kako bi regulisao transkripciju RNAPII kroz jedinstvene biohemijske mehanizme.
„Otkriće ELOA3 kao novog faktora elongacije RNAPII specifičnog za primate ne samo da poboljšava naše razumevanje biologije ljudskog genoma, već i otvara prozor za ciljani dizajn lekova kod raka. Dinamička priroda klastera ponavljanja ELOA3 mogla bi biti odraz svoju jedinstvenu ulogu u regulisanju varijabilnosti ekspresije gena među pojedincima“, rekao je dr Saeid Mohammad Parast, postdoktorski saradnik u laboratoriji Shilatifard i ko-vodeći autor studije.
Prema istraživačima, sledeći koraci uključuju utvrđivanje gde i kada se ELOA3 eksprimuje u genomima ljudi i neljudskih primata, kao i njegovu potencijalnu ulogu u razvoju razvojnih poremećaja i bolesti, uključujući rak.
„S obzirom na evolucionu konzervaciju ovog genskog klastera među primatima, to bi moglo da baci svetlo na mehanizme regulacije gena jedinstvene za ljudsku evolucionu lozu“, rekao je Morgan.
