Исследователи под руководством профессора Казусиге Тухара из лаборатории биологической химии Токийского университета ранее изучали белки ESP, которые влияют на социальное или сексуальное поведение мышей, когда они выделяются в слезах или слюне одной мыши и передаются другим животным через социальные контакты.
Недавно доцент проекта Ёсихито Ниймура провел поиск эволюционного происхождения генов ESP, используя широкий спектр полностью секвенированных геномов животных, доступных в современных базах данных ДНК. Ниймура искал гены ESP у 100 различных млекопитающих и обнаружил их только у двух эволюционно близких семейств грызунов: семейства мышей, крыс и песчанок Muridae и семейства хомяков и полевок Cricetidae.
Примечательно, что у Cricetidae было несколько генов ESP, обычно все сгруппированные вместе на одном участке ДНК, но у Muridae была как та же самая небольшая группа генов ESP, так и вторая, более крупная группа дополнительных генов ESP.
"Мы можем представить себе, что около 35 миллионов лет назад общий предок Muridae и Cricetidae сформировал первые гены ESP. В конце концов, примерно 30 миллионов лет назад, предок Muridae продублировал и расширил эти гены ESP.
Так что теперь у мышей гораздо больше генов ESP, чем у грызунов Cricetidae », – сказал Ниймура.
Чтобы определить источник того, что сформировало первый ген ESP, исследователи сравнили дополнительные последовательности генома.
Они обнаружили, как случайная случайность скопировала уникальные функциональные части двух других генов, а затем случайно вставила их рядом друг с другом.
Последовательность ДНК гена включает части, называемые экзонами, которые позже становятся функциональными белками, и другие части, называемые интронами, которые не становятся белками.
Интроны и экзоны расположены по всему гену без видимой организации, интроны прерывают важные функциональные части экзонов. Следовательно, если бы один экзон был случайным образом скопирован и вставлен в другое место генома, любой полученный фрагмент белка не имел бы смысловой функции.
Однако, если версия гена, содержащая только экзон, была скопирована и повторно вставлена в геном, шансы на то, что эта новая последовательность останется функциональной, станут намного выше.
Клетки создают только экзонные версии генов, называемых мРНК, как часть нормального процесса производства белка из генов, и клетки обладают механизмами, вероятно, оставшимися после вирусных инфекций, которые могут копировать мРНК обратно в цепь ДНК.
"Это не нормальный образ жизни клеток, но это общий источник эволюции.
Мы предполагаем, что именно это произошло с созданием генов ESP, потому что вся функциональная часть гена ESP представляет собой один экзон, без прерывания интрона », – сказал Ниймура.
В частности, исследовательская группа впервые обнаружила, что белки ESP содержат необычную спиральную форму, характерную для альфа-глобина, компонента железосодержащего белка гемоглобина в крови.
Сравнение последовательностей ДНК показало, что несколько соединенных вместе экзонов гена альфа-глобина демонстрируют тонкое, но отличительное сходство с последовательностью гена ESP.
"Неважно, что гемоглобин является источником феромона экстрасенсорного восприятия. «Любой белок может стать феромоном, если его использовать для видоспецифической коммуникации», – сказал Ниимура.
Независимо от формы, ни один белок не может функционировать, если он не находится в нужном месте.
В белках ESP часть, полученная из альфа-глобина, присоединена к сигнальной части, которая направляет белок, секретируемый слюнными и слезными железами. Исследователи идентифицировали сигнальную последовательность местоположения генов ESP как сходную с последовательностью CRISP2, гена, экспрессируемого в репродуктивных трактах и слюнных железах млекопитающих, а также в ядовитой железе некоторых змей.
Гены гемоглобина и CRISP – это древние гены, которые существовали у общего эволюционного предка позвоночных – всех животных с позвоночником – более 500 миллионов лет назад. Генетическая перетасовка, создавшая гены ESP, относительно часто происходит в клетках всех организмов, но для того, чтобы эти изменения стали унаследованными эволюционными чертами, изменения должны произойти в половых клетках, чтобы их можно было передать будущим поколениям.
"Создание новых генов не происходит на пустом месте, но природа использует уже существующий материал. «Эволюция подобна мастеру-мастеру, использующему старые вещи и сломанные детали для создания нового устройства с полезной функцией», – сказал Ниймура.
Ниймура и его коллеги планируют использовать свое новое понимание эволюции этого семейства феромонов, чтобы направить свои поиски новых феромонов.
Короткая длина многих известных генов феромонов делает вероятным, что подобные феромоны не учитываются при стандартном поиске генома. Они также предсказывают, что слюнные и слезные железы, о которых часто забывают, потому что их небольшой размер делает их неудобными для изучения ткани, могут содержать интересные будущие открытия.