Митохондриальная ДНК неандертальца, наиболее близкого родственника современного человека, полностью расшифрована. По довольно короткой последовательности в 16 с небольшим тысяч нуклеотидов, кодирующей всего 13 белков, мало что можно сказать определенно. Однако ученые смогли подтвердить свои предыдущие гипотезы, а также определить направления дальнейшего поиска в ядерной ДНК неандертальца, когда таковая будет расшифрована.
Само по себе это событие не вызывает большого ажиотажа, мы уже писали о том, как ученые несколько раз проводили секвенирование отдельных участков митохондриальной ДНК неандертальца. В то же время, хотя исследователям за годы генетического анализа неандертальцев удалось сделать несколько довольно важных выводов, но история развития и, что даже более интересно, исчезновения неандертальцев до сих пор загадочна.
Митохондрия - органоид цитоплазмы животных и растительных клеток в виде нитевидных или гранулярных образований. Состоит из белка, липидов, РНК и ДНК. Основная функция митохондрии - выработка энергии. Митохондрии играют ключевую роль в окислительном фосфорилировании, аэробном метаболизме глюкозы и жирных кислот, сигнальном пути кальция и апоптозе клеток. Митохондрии наследуются по материнской линии и содержат в себе митохондриальную ДНК (мтДНК), состоящую у человека из 16568 пар оснований. Такая короткая нуклеотидная последовательность мтДНК кодирует лишь незначительную часть всех белков и РНК, содержащихся в митохондрии.
Ранее считалось, что митохондрии были приобретены предшественниками эукариот в процессе эволюции (под митохондриями подразумевали предков прокариот - организмов, не обладающих, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит у них свободно в нуклеоиде и не образует настоящих хромосом.). Однако факт кодирования большинства митохондриальных белков и РНК генами ядерной ДНК поставило это предположение под сомнение.
Мутации в ДНК митохондрий возникают чаще и легче, чем в ДНК ядра клетки, потому что в митохондриях нет механизма исправления мутаций, который есть в ядре: они не защищены гистонами - белками с щелочными свойствами, которые входят в ядра клеток эукариот в состав комплексов с ДНК (хроматин, нуклеосомы). Гистоны участвуют в поддержании и изменении структуры хромосом на разных стадиях клеточного цикла, в регуляции активности генов.
С помощью сопоставления гипервариабельных участков мтДНК неандертальцев и современных людей ученые ранее выяснили, что разделение наших видов произошло примерно 660 тысяч лет назад. Это же значение подтвердил и анализ полных мтДНК людей, неандертальца и шимпанзе – нашего ближайшего ныне живущего родственника, от которого наши общие с неандертальцами предки отделились 6–8 миллионов лет назад.
Впрочем, если в будущем представления о скорости возникновения изменений в мтДНК изменятся, или изменится датировка расхождения линий шимпанзе и современных людей, то изменится и значение в 660 тысяч лет. В настоящее время точность этой датировки оценивается примерно в 140 тысяч лет.
Замены одного нуклеотида в геноме другим называют несинонимическими, если те приводят к смене кодируемой аминокислоты. Если же при смене нуклеотида данная кодирующая область гена продолжает кодировать одну и ту же аминокислоту (например, при смене последовательности GGG на GGC этот кодон все равно кодирует глицин) значит, произошла синонимическая смена нуклеотида. Синонимические и несинонимические замены нуклеотидов могут иметь совершенно различную динамику, так как по-разному влияют на физиологию организма. Например, замечено, что синонимические замены нуклеотидов случаются гораздо чаще, чем несинонимические.
Результаты показали, что либо неандертальцы развивались очень быстро, либо их сообщества представляли собой очень маленькие группы, между которыми практически не происходил обмен генетическим материалом.
Второй вариант ученым кажется предпочтительным, так как археологические свидетельства говорят в пользу того, что неандертальцы вели образ жизни охотников и собирателей, не позволявший выживать большими сообществами.
Один из самых интересных результатов касается вариаций в гене СОХ2, который кодирует один из блоков комплексного фермента цитохром С оксидазы. Этот комплекс вовлечен в производство энергии для клетки и отвечает за восстановление кислорода до воды с помощью собственных электронов цитохрома C и протонов, находящихся в митохондриальной матрице.
Согласно полученным данным, ген СОХ2 отличается от современного человеческого сразу в четырёх позициях.
Возможно, именно этих отличий оказалось достаточно для того, чтобы сильно изменить активность белкового катализатора и повлиять на весь дальнейший ход человеческой эволюции.
Впрочем, пока учёные не сравнивали на деле активность человеческого и неандертальского ферментов, так что Грин не отрицает и возможной случайности, и бесполезности этих мутаций. В то же время, по признанию самого профессора, поиск подобных отличий неандертальского генома от человеческого поможет в будущем определить молекулярный ход эволюции, её путь, который, в конечном счете, определил уникальность человека по сравнению со всеми остальными приматами.
Теперь Грин и его коллеги нацелились на расшифровку ядерной, в 20 тысяч раз более длинной ДНК неандертальца.
Расшифровка митохондриальной ДНК является своеобразной пробой технологий и методов расшифровки древних, едва сохранившихся наследственных цепочек. Как сообщил Грин в одном из интервью, первоначальный грубый эскиз неандертальского генома должен быть готов уже к концу текущего года. Впрочем, прежде этого результата учёные ждали и к концу года предыдущего.
