В геноме исландцев нашли очаги повышенного мутагенеза

Наследственная, или генетическая изменчивость — то есть то, что делает геномы разных людей отличными друг от друга — возникает по нескольким причинам. Первая — комбинирование хромосом и их участков. Каждая неполовая клетка человека несет одну хромосому каждого типа, полученную от отца, и одну — от матери. При образовании половых клеток хромосомы отца и матери удваиваются, сходятся, обмениваются участками (это называют кроссинговером) и расходятся. Затем клетка делится дважды. В итоге образуются половые клетки, каждая из которых несет всего одну хромосому каждого типа — материнскую или отцовскую, с вкраплениями элементов другой хромосомы. Вторая причина генетической изменчивости — случайные мутации, возникающие в половых клетках. Считалось, что они могут образовываться в результате ошибок копирования ДНК или под действием повреждающих агентов. Новая работа исландских ученых из частной генетической компании DeCode genetics показывает, что случайные мутации не так уж случайны, как казалось, и возникают не столь уж произвольных точках генома. В качестве объекта исследователи выбрали соотечественников-исландцев: их численность невелика, что позволяет собрать репрезентативную выборку. Кроме того, популяция исландцев в существенной степени однородна, как генетически, так и по условиям жизни, а их родословные легко проследить. Собрав результаты секвенирования 155 250 своих соотечественников, ученые сравнили последовательности ДНК родителей и детей и определили, в каких местах чаще всего возникают мутации. Оказалось, что частота мутирования в области кроссинговера (обмена хромосомными участками) в 50 раз выше, чем средняя по всему геному, и постепенно падает по мере удаления от нее. Получается, что один источник изменчивости «притягивает» к себе другой. Локализация точек кроссинговера на хромосомах тоже при ближайшем рассмотрении оказались не произвольными. Они в два раза реже встречались в кодирующих участках ДНК (то есть в области генов), чем в некодирующих областях. Из этого можно сделать два вывода, немаловажных для понимания молекулярных механизмов эволюции человека. Во-первых, такое распределение точек кроссинговера и мутаций может оберегать гены от дополнительных повреждений. Во-вторых, перестройки и новые варианты при таком раскладе должны чаще возникать в регуляторных участках ДНК, управляющих работой генов. То есть значительная часть изменчивости — почвы для дальнейшей эволюции — появляется не в самих генах, а в тех, кто их включает и выключает в нужный момент. Также ученые уточнили темпы накопления мутаций в геноме. Выяснилось, что каждый дополнительный год любого из родителей на момент рождения ребенка добавляет ему 1,39 мутаций в случае отца и 0,38 — в случае матери . Это связано с тем, что у женщин все яйцеклетки формируются задолго до полового созревания, а у мужчин сперматогенез происходит в течение всего репродуктивного периода. То есть предшественники сперматозоидов делятся чаще, чем предшественники яйцеклеток, и накапливают больше ошибок. Кроме того, механизм возникновения мутаций у родителей разный. У отцов возникают случайные точечные мутации по всему геному, а у матерей растет количество кроссинговеров и мутаций в близких к ним областях. Вероятно, это связано с тем, что яйцеклетки женщин замирают в процессе деления, еще на той стадии, когда материнские и отцовские хромосомы обмениваются участками, и в таком состоянии существуют до созревания. Поэтому чем старше женщина, тем дольше хромосомы ее яйцеклетки пробыли в связанном состоянии и тем выше шансы, что из-за этого в них образовались дополнительные участки обмена.