Остекленевшие древние хромосомы позволят собрать геномы вымерших видов

Эти хромосомы намного крупнее известных типов древней ДНК и сохраняют информацию о том, какие гены были активны. Как предполагают ученые, в дальнейшем это поможет собрать геномы вымерших видов. Хромосомы сохранились благодаря холодному и сухому климату Якутии, пишет «Наука в Сибири». Результаты исследования опубликованы в биологическом журнале Cell.

В 2018 году в Якутии была обнаружена хорошо сохранившаяся туша мамонта. Профессор Центра палеогенетики Стокгольмского университета Лав Дален изучил кусок мягких тканей со лба найденного животного. Результаты показали, что мамонту 52 000 лет.

«Незадолго до того, как разразилась эпидемия коронавируса, появился метод Hi-C. Этот метод основан на изучении конформации ДНК, то есть ее расположения в ядре. Hi-C позволяет узнать, сколько и каких хромосом содержится в ядре, и одновременно прочитать их, то есть он совмещает цитологические методы и секвенирование», — пояснил заведующий лабораторией цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН член-корреспондент РАН Александр Графодатский.

Зная, что крошечные фрагменты древней ДНК могут долго сохраняться, международная группа ученых исследовала с помощью Hi-C хромосомы мамонтов. В образце кожи мамонта из Якутии сохранилась структура древних, замороженных на десятки тысячелетий, хромосом.

Hi-C показал, что у шерстистого мамонта было 28 пар хромосом. Это еще раз доказало, что его ближайшими родственниками из ныне живущих организмов являются современные индийские слоны. Кроме того, именно этот метод, способный отличить когда-то активные гены от неактивных, помог выяснить, что мамонт был шерстистым.

«Оказалось, что у шерстистого мамонта существуют ключевые гены, регулирующие развитие волосяных фолликулов, схема активности которых совершенно иная, чем у слонов», — рассказал директор Центра гологеномики при Датском национальном исследовательском фонде Томас Гилберт.

«Знание формы хромосом организма дает возможность собрать всю последовательность ДНК вымерших существ. Это позволяет получить информацию, которая была бы невозможна раньше», — подчеркнула доцент Центра геномной архитектуры колледжа Бэйлор доктор медицинских наук Ольга Дудченко.

Главный вопрос, который волновал исследователей: как могли фрагменты ДНК древних хромосом сохраниться в течение 52 000 лет и не растерять свою трехмерную структуру? Удалось выяснить, что окаменелости хромосом находились в состоянии, очень напоминающем положение молекул в стекле.

«Хромостекло во многом похоже на стекло в вашем окне: оно жесткое, но это не упорядоченный кристалл. Если вы увеличите изображение отдельных частиц, то увидите, что они просто не смогут продвинуться далеко в такой ситуации, даже если вы будете ждать тысячи и тысячи лет», — отметил директор Центра геномной архитектуры, профессор медицинского колледжа Бейлора доктор Эрез Либерман Эйден.

Огромный вклад в исследования внесли российские ученые. Группа из четырех сотрудников Музея мамонта (Якутия) под началом руководителя отдела изучения мамонтовой фауны доктора биологических наук Альберта Протопопова находила в архивах и предоставляла для исследования все новые и новые материалы мамонтовой фауны. В этой работе принял участие и знаменитый мамонтенок Юка, но его хромосомы оказались менее сохранны.

Команда гистологов из лаборатории морфологии и функции клеточных структур ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», возглавляемая доктором биологических наук Николаем Рубцовым, описывала гистологическую структуру тех мест, откуда были получены ядра клеток.

Ученые лаборатории цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН извлекали ДНК образцов, выполняли для многих из них Hi-C, выделяли и изучали внутренние структуры хромосом. Они вручную исследовали цитологию несколько сотен образцов тканей мамонтов и слонов.

«Мы хотим попробовать поискать такие же остекленевшие клетки в других замороженных организмах. В Якутии в этом плане неизмеримое богатство: там есть и копытные, например знаменитая ленская лошадь, которая непонятно как соотносится с нашими лошадьми, и хищники — замороженные львята, и множество других животных. Кроме того, интересно выяснить, почему остекленевшие хромосомы в разных частях организма сохраняются по-разному», — отметил Александр Графодатский.