Сплайсинг

Почему генетические патологии приводят к лишнему весу: механизм развития генетического ожирения

Последние исследования, проведенные во Франции, показали, что генетические патологии нарушают строение белков, участвующих в процессах регуляции аппетита и сбивают обмен веществ.

Аппетит регулируется головным мозгом, в котором находятся два важных центра – голода и насыщения. Они устроены по принципу торможения друг друга.

Пищевая зависимость

После употребления пищи объем желудка увеличивается и в мозг поступает сигнал о насыщении. При прохождении желудочного содержимого в кишечник происходят изменения в составе крови, которые также отслеживаются головным мозгом. В результате клетками жировой ткани адипоцитами вырабатывается белковый гормон лептин, который называют гормоном сытости. Центр насыщения получает команду, что больше есть не нужно.

В этом процессе участвует огромное количество белков, ферментов и гормонов, среди которых – вещества называемые мелонокортинами. Они вырабатываются отделом головного мозга – гипоталамусом и  связываются с особыми белками – рецепторами мелонокортинов MC4R. В результате чувство голода подавляется.

Гипоталамус вырабатывает и другие вещества, называемые агути-подобными белками (АПБ), задача которых – усиливать аппетит.  Они тоже могут связываться с рецепторами MC4R, но результат будет другим. При стойкой связи MC4R И АПБ развивается обжорство. Этот процесс гасится гормоном сытости лептином, который снижает выработку агути-подобных белков и способствует выработке α- меланоцит- стимулирующего гормона, гасящего аппетит. 

Однако при генетических аномалиях этот процесс нарушен. «Дефектные» рецепторы, пораженные генетическими нарушениями не связываются с мелонокортинами, а соединяются с  агути-подобными белками. Больной постоянно чувствует себя голодным. Такая аномалия часто бывает наследственной.

В этом процессе также участвуют ещё и ген, который кодирует дополнительный белок MC4R, также влияющий на обменные процессы.  

Мудрость одинокого сердца

***
А природа неспроста
Назначает сроки нам.
Разрушительна тоска
Сердца одинокого…
***
«Сейчас другое время» — расхожий аргумент.
На Земле всегда другое время, только глупости, ошибки и человеческие страсти неизменно повторяются.
***
Для успешной учебы необходимо соблюдать только один важнейший принцип – стремление к максимально возможной осведомленности по любому предмету.
***
Не приложив любви, нельзя сделать и шага, а, сделав шаг без любви, можно потерять внутреннюю опору.
***
И большой ум нуждается в насмешливом к себе отношении.
***
Хорошее образование – это то образование, которое позволяет легко переучиваться без потери прежнего багажа.
***
Для успеха и карьеры кажущийся ум всегда предпочтительнее ума истинного, настоящего, поскольку последний всегда вызывает яростное отторжение и неприятие большинства.
***
Говорят, что ничто так не обогащает, как несчастья. Думаю, что если и обогащает, то только тех, кто их благополучно перенесет. Для прочих опыт несчастий бессмысленен, как бесмысленен для повешенного его печальный опыт.
***
Опыт бесценен только для тех, у кого впереди еще много времени.
***
«Любопытство, превращенное в компетентность». Как кем-то было красиво и удачно сказано, — вот достойная для ученого формула жизни.
***
Наука – это наиболее приемлемая и, по-видимому, единственно известная форма организации коллективного разума.
***
Всё высокоценное
Хотел я сохранить
В душе моей, нацеленной
На то, чтобы любить.
Но с годами ширится
Круг моих потерь.
И яснее видится
Бессмысленность затей.
***
Человеческая жизнь – это бесконечная череда приобретений и потерь. Искусство жизни – искусство их оптимизации.

Расшифровка ДНК

ДНК-расшифровка стала возможна только благодаря открытию полимеразной цепной реакции, и происходит она следующим образом:

Проба, содержащая образцы дезоксирибонуклеиновой кислоты, быстро нагревается. Это необходимо, чтобы двойная спираль раскрутилась и распалась на две самостоятельные нити.

•  К интересующему исследователей участку цепи генов прилепляется полимераза. Эта процедура происходит при немного более низких температурах.

•  Полимераза активирует деление пойманного участка – так происходит синтез необходимых для изучения участков генов.

•  Участки пропитываются специальной краской, которая светится при воздействии направленного пучка лазера. Так получают картину гена, которую можно изучать и расшифровывать.

Таким образом, изучение ДНК стало доступным инструментом, который позволяет людям узнать о себе много нового и может помочь сохранить здоровье, избавиться от уже имеющихся заболеваний, похудеть, сохранить молодость и улучшить качество своей жизни!

200 вариаций генов для цвета волос

Ген рыжих волос иногда называют в исследованиях «геномом имбиря». Рыжеволосые люди наследуют две версии гена MC1R: одну — от матери, другую — от отца. Если оба родителя рыжие, то в 100% случаев у них будет рыжий ребенок. Но в целом рыжие волосы — это рецессивный признак. Если только папа или только мама будут носителями «генома имбиря», то вероятность рождения у них рыжего ребенка составляет 25%. Другими словами, один из четырех детей у пары будет рыжий.

Но, как было замечено, не все обладатели «генома имбиря» имеют огненный цвет волос. Это навело ученых на мысль о том, что за рыжину, помимо основного гена MC1R, могут отвечать и другие. Их удалось обнаружить лишь три года назад: в рамках крупнейшего на сегодняшний день генетического исследования цвета волос. Специалисты из Эдинбургского университета изучили ДНК почти 350 000 человек европейского происхождения на основе материала из Британского биобанка (UK Biobank). Сравнив рыжих с брюнетами, блондинами и шатенами, они выявили восемь ранее неизвестных генетических различий, связанных с рыжими волосами. Попутно выяснилось, что за цвет волос и их структуру отвечают примерно 200 разных генов (различия в них делают нас такими разными), от самых светлых блондинов до самых темных брюнетов.

В рамках одного из исследований рыжих больных людей была обнаружена корреляция между золотым цветом волос, наличием мутации гена MC1R и болезнью Паркинсона. Исследователи из Массачусетской больницы заметили, что вариант гена, который производит рыжие волосы и светлую кожу у людей и мышей, не только увеличивает риск опасного рака кожи — меланомы, но также может способствовать известной связи между меланомой и болезнью Паркинсона.

Можно ли говорить, что рыжие волосы — это изъян, дефект, вредная мутация? «Конечно, нет! — говорит генетик Кирилл Савостьянов. — Это полиморфизм людей на планете. Есть же люди, которые не могут пить молоко — из-за лактозной недостаточности, это генетически обусловленное состояние. Да, возможно, это некий изъян, который отличает двух случайно взятых из популяции людей. Может быть, это мешает человеку жить в определенном периоде. Как в советское время, когда детишек выпаивали молоком и считалось, что это нужно всем, без учета непереносимости лактозы у некоторых ребят. Также и здесь. Есть люди, которые имеют рыжий цвет волос. Их мало, порядка 2% на планете. Да, им сложно загорать. Но в большинстве случаев это не вызывает существенного негативного влияния на здоровье — обычно они селятся в северных районах, как и их предки. А у тех, кто много путешествует и бывает на солнце, есть возможность пользоваться защитными кремами».

«Кирпичик в здании науки»

Однако российские коллеги канадских учёных не столь оптимистичны в оценках проведенного исследования.

Ясно, что в ходе эволюции некоторые гены претерпели изменения и не могут оставаться идентичными тем, которые были сотни миллионов лет назад, утверждает академик.

«Очевидно, что кошка с собакой разные. Но, например, иммунная система людей практически ничем не отличается от той, что есть у других животных. А вот мозг — совсем другое дело, большие полушария у нас более развиты. В результате эволюции у всех видов появились какие-то особенности. Но, с точки зрения генетики, человек — абсолютно обычный организм», — заключил Лукьянов.

История и география рыжеволосых

Ученые выяснили, что рыжие волосы были еще у неандертальцев. Древняя ДНК, извлеченная из костей гоминида из Испании возрастом 43 000 лет и индивидуума из Италии возрастом 50 000 лет, указала на то, что по крайней мере у некоторых неандертальцев были рыжие волосы и бледная кожа.

Поскольку неандертальцы жили в Европе несколько сотен тысяч лет, естественный отбор помог им сформировать светлый цвет кожи и волос, что было совершенно необходимо для выживания в высоких широтах, где мало солнца и нужно предотвратить такие заболевания, как рахит. Но гены рыжести вымерли вместе с неандертальцами и не имеют отношения к тем златовласым людям, которые сегодня живут, например, в Ирландии и Удмуртии.

Фото: JOE MCNALLY

У сегодняшних рыжих полиморфизм гена MC1R закрепился в геноме по мере миграции их далеких предков из Африки в Европу. И, как удалось установить популяционным генетикам, естественной географической границей для расселения рыжих стала 45-я параллель (в России пересекает Симферополь, Краснодар, Ставрополь и Армавир). Южнее нее УФ-лучи становятся настолько сильными, что золотые волосы и очень светлая кожа перестают быть преимуществом. В этих солнечных районах ближе к экватору опасно жить не только рыжим, но и всем светловолосым людям, у которых от природы не хватает эумеланина. Эволюция создала их не для зимовок в Таиланде и отпусков в Турции, а для проживания в суровых северных широтах, где почти круглый год — дефицит ультрафиолета.

Почему в Удмуртии или Ирландии много рыжих людей? А среди славян, которые преимущественно обладают гаплотипом R1a, рыжих совсем немного? Хотя, казалось бы, и те и другие живут выше 45-й широты. По словам Савостьянова, ответ может скрываться в заселении Западной Европы, в которой ничтожно мало славян, так называемыми индоевропейцами, распространившими гаплогруппу R1b, характерную для рыжих людей. Кстати, приблизительно треть удмуртов тоже являются носителями этой гаплогруппы. Эволюция происходила постепенно. Когда люди перемещались на север, им не нужно было большое количество меланина в организме и их геном претерпевал вариации, которые со временем закреплялись, заменяя эумеланин феомеланином. Об этом может свидетельствовать возраст соответствующих изменений генома, который ученые относят к временному отрезку не позднее XVIII века до н. э., тогда как разделение гаплогрупп произошло ориентировочно 22 000 лет назад.

Сколько генов у человека?

Эта работа еще раз подчеркивает сомнения в отношении количества реальных генов, присутствующих в клетках человека через 15 лет после секвенирования генома человека

Последующее сокращение размера генома человека может иметь важные последствия в биомедицине, поскольку количество генов, продуцирующих белки, и их идентификация имеет жизненно важное значение для исследования множества заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые заболевания и т.д

С момента завершения секвенирования генома человека в 2003 году специалисты со всего мира работали над составлением конечного протеома человека (общее количество белков, генерируемых генами), и генов, которые их производят. Эта задача огромна, учитывая сложность генома человека и тот факт, что у нас около 20 000 отдельных кодирующих генов.

Исследователи проанализировали гены, каталогизированные как кодирование белка в основных эталонных протеомах человека.

Об авторе

Автор статьи доктор биологических наук Николай Александрович СЕТКОВ читает студентам СФУ лекции по курсам «Физиология человека и животных», «Биология развития и клеточный цикл», «Цитология», «Введение в геномику»… Это известный ученый, создавший в Красноярске научную школу в области клеточной биологии и культуры клеток. Им опубликованы десятки популярных и более 50 научных статей. Последняя работа, посвященная изучению механизмов химического гепатоканцерогенеза, вышла в журнале Toxicology, 2008. Николай Александрович – Учитель по призванию, а потому занимается не только со студентами, но и с ребятишками – преподает в лицее № 1 биологию. А кроме преподавания он философствует, что находит выражение в разных формах: столярном творчестве (изумительную мебель изготавливает доктор наук!) и малых литературных произведениях (стихах, рассказах). Регулярно в альманахе, который издает красноярский поэт Николай Еремин, появляются афоризмы и эссе Николая Сеткова – часто язвительные, всегда остроумные и порой пронзительные. Сегодня мы публикуем несколько его мыслей из книги «Подметинки», выпущенной автором в 2006 году.

Сплайсосомные интроны

Сплайсосомные интроны часто находятся в генах, кодирующих белки. Для сплайсинга необходимо наличие специальных 3′- и 5′ — последовательностей. Важная роль в защите 5′-конца мРНК от деградации экзонуклеазами принадлежит 5′-кэпу. Сплайсинг катализируется сплайсосомой — большим комплексом, состоящим из РНК и белков и включающим пять малых ядерных рибонуклеопротеидов (мяРНП). РНК-составляющая мяРНП взаимодействует с интроном и, возможно, участвует в катализе. Обнаружены два типа сплайсосом (главная и дополнительная), отличающиеся по входящим в их состав мяРНП.

Главная сплайсосома принимает участие в сплайсинге интронов, содержащих гуанин и урацил (GU) в 5 сайте и аденин и урацил (AU) в 3 сплайсинг-сайте. Она состоит из мяРНП: U1, U2, U4, U5 и U6.

Структура ДНК

У всех на слуху, что дезоксирибонуклеиновая кислота имеет двуспиральную структуру. В интернете, в фильмах, в рекламе – всюду можно встретить ее многократно увеличенное изображение. Но что ответить, если попросят объяснить подробнее. Это уже более сложный вопрос. Давайте разберемся лучше, из чего эта структура состоит:

1. Нуклеотиды – базовые структурные элементы.
2. Две цепочки генов, закрученные в спираль.
3. Каждая цепочка состоит из нуклеотидов, которые кодируют определенный ген.
4. Связывают две цепочки воедино водородные связи.

В цепочках нуклеотидов присутствуют и совсем не изученные структуры, которые, на первый взгляд, никак не участвуют в физиологических процессах. Эти довольно обширные участки называют мусорными.

Непрошенные мысли

>> Только гении поднимают с земли то, за что запинались, но прошли мимо многие и многие тысячи простых людей.
>> У глупости не бывает выходных, но праздники она устраивает грандиозные.
>> Оплодотворяй настоящее, чтобы оно забеременело будущим.
>> Всякая человеческая деятельность разрушительна для природы, а особенно разрушительна – вскормленная на дипломированном невежестве.
>> Часто в добрых отношениях больше отношений, чем добра.
>> Душа – всегда потемки, так зажгите в ней хотя бы свечку!
>> Улыбнись жизни, так она быстрее приметит тебя!
>> Жизнь не дает нам делать предварительные наброски. Каждый мазок мы кладем только один раз и навсегда. Поэтому редко у кого получаются шедевры, а чаще всего в итоге на полотне жизни – просто мазня.
>> Закон компенсации: если не хватает ума и такта, всегда достанет наглости и хамства.
>> Утро вечера мудренее для тех, кто и вечером не дурак.
>> Мы напичканы информацией, но не знаниями. Знание числа забитых голов сродни пресловутой пятой ноге у собаки.
>> Часто диплом и знания, как брак и счастье, без знака равенства.
>> Простые истины – отнюдь не те истины, которые принимаются к руководству всеми, но именно они и очеловечивают без дополнительных страданий.
>> Не надо производить впечатление, надо просто быть тем, кто впечатывается в чужой мир, чужие память и сердце.
>> Я гордый человек, но под любовью и я прогнусь!
>> Мы застряли в самих себе!
>> Людям, по-видимому, мало в жизни преград. Поэтому они строят еще и заборы.
>> Что лучше, черпать мудрость ведрами и проливать, или выпивать по ложечке, не потеряв ни капельки?
>> Почитал я мысли и изречения древних и понял, что ничего более свежего еще не встречал в жизни!
>> Для того и существуют понедельники, чтобы в жизни была возможность все начинать сначала.

Результаты научной работы

При детальном сравнении эталонных протеомов из международного консорциума GENCODE / Ensembl, RefSeq и UniProtKB обнаружило 22 210 кодирующих генов, но только 19 446 из этих генов присутствовали во всех 3 аннотациях.

Когда они проанализировали 2764 гена, которые присутствовали только в одной или двух из этих эталонных аннотаций, они с удивлением обнаружили, что экспериментальные данные предполагают, что почти все эти гены, скорее всего, являются некодирующими генами или псевдогенами. Фактически, эти гены вместе с другими 1470 кодирующими генами, которые присутствуют в трех справочных каталогах, не эволюционировали, как типичные гены, кодирующие белок. Заключение исследования состоит в том, что большинство из этих 4234 генов, вероятно, не кодируют белки.

По словам ученых, исследование уже оправдывает себя.

Результаты уже включены в новые аннотации генома человека международным консорциумом GENCODE, частью которого являются исследователи CNIO.

Эта работа еще раз подчеркивает сомнения в отношении количества реальных генов, присутствующих в клетках человека через 15 лет после секвенирования генома человека. Хотя самые последние данные показывают, что количество генов, кодирующих человеческие белки, может превышать 20000, Федерико Абаскаль (Federico Abascal, of the Wellcome Trust Sanger Institute in the United Kingdom), автор исследования, из  Института Велком Траст Сэнгер (Wellcome Trust Sanger Institute) в Соединенном Королевстве утверждает: «Наши данные свидетельствуют о том, что у людей может быть только 19 000 кодирующих генов, но мы до сих пор подробно не знаем о них».

Открытый вопрос

Учёные разработали компьютерную программу, способную сравнивать транскрипционные факторы у различных видов по составу аминокислот и таким образом различать похожие белки.

Полученные результаты противоречат данным более ранних работ, в которых утверждалось, что почти все транскрипционные факторы человека и, например, мух из рода дрозофил связывают одни и те же фрагменты кода ДНК.

Также по теме

Дальний родственник из миоцена: учёные обнаружили ранее неизвестный вид древних обезьян

Американские учёные выявили новый вид обезьян, обитавший на Земле 22 млн лет назад. Открытие было сделано благодаря обнаруженным в…

«До сих пор сохранилось представление о том, что транскрипционные факторы людей и плодовых мух связывают почти идентичные структурные элементы (мотивы). И хотя известно множество примеров, где эти белки обладают функциональной консервативностью, данная гипотеза ещё далека от признания», — говорит руководитель лаборатории, в которой было проведено исследование, профессор кафедры молекулярной генетики Университета Торонто Тимоти Хьюз.

Для канадских учёных остаётся открытым вопрос, за какие функции отвечают уникальные для человека гены. В изучаемых ими белках могут быть сокрыты особенности физиологии и анатомии человека — нашей иммунной системы и мозга, которые являются наиболее сложными среди животных. Также исследователи не исключают, что эти гены могут отвечать за анатомические различия между полами.

«В области генетики человека молекулярная основа полового диморфизма почти никем не исследуется

Но ведь речь идёт о различиях, которые видны людям друг в друге и привлекают их внимание. У меня есть соблазн посвятить работе над данной темой оставшуюся половину своей карьеры, если только я смогу разобраться, как мне этого добиться», — говорит профессор Хьюз

Роль в клетке

Конечно, одна, даже большая двойная спираль не способна вместить в себя весь объем информации, необходимый для такого сложного проекта, как человеческое тело. Возможно, поэтому эти цепочки объединены в пары, что делает их похожими на букву «Х». Хромосомы, в свою очередь, тоже парные, и их у человека 46 пар.

Помимо того, что хромосома содержит в себе подробную инструкцию по функционированию клетки, она же путем активации актуальных моменту генов провоцирует клетку вырабатывать определенные белки с самыми различными свойствами. Например, в борьбе с опухолями активно участвует ген старости, который старит ее недоброкачественные клетки и не дает им бесконечно делиться.

Альтернативный сплайсинг

Основная статья: Альтернативный сплайсинг

Пре-мРНК некоторых генов эукариот могут подвергаться альтернативному сплайсингу. При этом интроны в составе пре-мРНК вырезаются в разных альтернативных комбинациях, при которых вырезаются и некоторые экзоны. Разные варианты альтеранативного сплайсинга одной пре-мРНК могут осуществляться в разные периоды развития организма или в разных тканях, а также у разных особей одного вида .
Некоторые из продуктов альтернативного сплайсинга пре-мРНК нефункциональны (такой вариант альтернативного сплайсинга осуществляется у дрозофилы при определении пола), но нередко в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК одного гена образуются многочисленные мРНК и их белковые продукты.

Показано, что у человека 94 % генов подвержено альтернативному сплайсингу (у остальных 6 % генов нет интронов). Геном круглого червя Caenorhabditis elegans по количеству генов практически не отличается от генома человека, однако альтернативному сплайсингу подвергаются пре-мРНК только 15 % генов. Таким образом, альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, не увеличивая пропорционально этому размер генома, в том числе не создавая дополнительных копий генов. Биологический смысл альтернативного сплайсинга для многоклеточных эукариот состоит в том, что он, по-видимому, является ключевым механизмом увеличения разнообразия белков, а также позволяет осуществлять сложную систему регуляции экспрессии генов, в том числе тканеспецифической