«Бессмертные» медузы оберегают свою ДНК и стволовые клетки

Кишечнополостные Turritopsis dohrnii — одни из немногих организмов, способных к обратному развитию. При определенных условиях медуза, отпочковавшаяся от полипа, может превращаться обратно в полип. Половые клетки в этом процессе не участвуют, трансформация происходит через соматические клетки. Так T. dohrnii достигает своего рода биологического бессмертия.

Чтобы лучше понять молекулярные основы этого процесса, исследователи из Университета Овьедо (Испания) секвенировали геномы T. dohrnii и родственного вида T. rubra, неспособного к обратному развитию. С помощью сравнительного геномного анализа они отметили различия между этими двумя видами, а также сравнили их с другими кишечнополостными (Hydra vulgaris, Clytia hemisphaerica и Aurelia aurita).

T. dohrnii и T. rubra секвенировали на платформе Illumina, после чего собрали геномы размером 390 Mb и 210 Mb соответственно (покрытие 78,88% и 88,78%). Автоматическая аннотация предсказала наличие 17 468 генов у T. dohrnii и 9 324 генов у T. rubra, что соотноситься с размерами их геномов. Примерно половину генома составляют повторяющиеся элементы.

Авторы вручную аннотировали почти тысячу генов, ассоциированных со старением, репарацией ДНК и другими интересующими исследователей сигнальными путями. Они сосредоточились на вариантах, влияющих на известные мотивы, приводящие к укорочению белка и ассоциированные с генетическими заболеваниями у человека. Всего ученые выявили 28 вариаций числа копий и десять вариантов, уникальных для T. dohrnii или T. rubra. Исследователи также приняли меры, чтобы сравнительно низкое качество сборок не повлияло на результаты анализа.

Сначала авторы рассмотрели гены, вовлеченные в репликацию и репарацию ДНК. Результаты позволяют предполагать, что у T. dohrnii системы репликации и репарации работают более эффективно. Так, у них было больше копий POLD1, POLA2, RFC3 и TOP3B, необходимых для репликации, и XRCC5, GEN1, RAD51C и MSH2, необходимых для репарации. При этом большинство копий было транскрипционно активным. Также в геноме T. dohrnii было обнаружено больше генов ответа на окислительный стресс. Оверэкспрессия этих генов у дрозофилы продлевает ее жизнь. Авторы отмечают, что эти результаты были ожидаемы. Экспансия этих генов, по-видимому, защищает T. dohrnii от накопления ошибок в ДНК под действием эндогенных и экзогенных факторов.

Авторы также нашли в геноме T. dohrnii признаки того, что этот организм может лучше управлять активностью своих теломераз, чем родственные виды. Предположительно, эти изменения в геноме ассоциированы с повышенной клеточной пластичностью вида. Два обнаруженные в геноме T. dohrnii варианта были расположены в активном сайте киназы ATM (p.P2553Y и p.H2555Q). Активность ATM останавливает клеточный цикл и индуцирует репарацию ДНК.

Старение и истощение стволовых клеток снижает регенеративный потенциал тканей. У кишечнополостных отсутствует большинство генов, ассоциированных с плюрипотентностью у позвоночных, но есть некоторые гомологи. Исследователи обнаружили у T. dohrnii дупликацию гена GLI3, кодирующего транскрипционный фактор сигнального пути Sonic hedgehog. У T. rubra была только одна копия GLI3, а у H. vulgaris, C. hemisphaerica и A. aurita GLI3 отсутствовал. Также у T. dohrnii были амплифицированны гены, ассоциированные с апоптозом (PSEN1 и BMP7) и влияющие на регуляцию микротрубочек (TUBG1, CLASP1 и SPAST).

Таким образом, полученные геномы кишечнополостных позволили выделить кандидатные гены и сигнальные пути, ассоциированные с геномной нестабильностью, укорачиванием теломер, дисфункцией митохондрий, истощением стволовых клеток, клеточным старением и межклеточными коммуникациями. В частности, были обнаружены амплификации генов и варианты, уникальные для T. dohrnii, которые могут повлиять на эффективность репликации, репарацию ДНК и поддержание длины теломер, а значит, и на омоложение и пролиферацию клеток.

Подробнее о Turritopsis dohrnii и о старении — на PCR.NEW