Эволюционная патология

Однако роль самих псевдогенов в эволюции еще только выясняется. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что их количество в геноме многих современных позвоночных на порядки превышает количество активных генов-предшественников. Например, число псевдогенов В-тубулина человека превышает количество функционирующих генов этого белка в 10 раз; а число псевдогенов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы мышей превышает количество активных генов этого фермента в 200 раз. К тому же дальнейшая судьба гена после его псевдогенизации не предполагает его участия в эволюции таксона. По данным D. Graur D. et al. (1989), после того как ген теряет свою функцию (т. е. становится псевдогеном), он подвергается воздействию двух процессов, обычно относимых учеными к проявлениям нейтральной эволюции.

Первый включает в себя быстрое накопление точечных мутаций и неизбежно стирает сходство последовательностей псевдогена и его функционального гомолога, который эволюционирует гораздо медленнее. Нуклеотидный состав псевдогена будет становиться все более и более похожим на состав его нефункционального окружения, он будет «смешиваться» с этим окружением. Этот процесс получил название композиционной ассимиляции. Второй процесс характеризуется тем, что псевдоген становится все короче по сравнению с функциональным геном. Сокращение его длины вызывается преобладанием делеций над инсерциями.

Оценки показывают, что процессированные псевдогены млекопитающих теряют около половины своей ДНК примерно за 400 млн лет. Но первые млекопитающие появились значительно позже, т. е. этот процесс начался еще при появлении первых позвоночных. Геном человека, например, все еще содержит основные участки ДНК псевдогенов, найденные у самых отдаленных предков. Следовательно, процесс образования псевдогенов — это торможение эволюции таксона. По своему биологическому значению он противоположен ретровирусной эволюции и уравновешивает ее (более подробно см. в подглаве 2.3).

Прекращение инвазии транспозируемых элементов. Геном человека содержит следы многих «угасших» семейств транспозируемых элементов. Каким образом происходит такое «угасание», изучено плохо, но сам феномен зафиксирован.

Основной причиной «угасания» любого семейства транспозируемых элементов может стать уменьшение скорости его пролиферации ниже порогового уровня, зависящего от темпа мутационных замен нуклеотидов (per-nucleotide mutation rate) в геноме хозяина (Nuzhdin S. V., 1999). Высокий темп мутаций генома хозяина может не рассматриваться слишком серьезно в качестве фактора риска для утраты копиями ретровирусов свой функциональности при высокой скорости их транспозиции. Но если в дальнейшем скорость транспозиции ретроэлементов под воздействием каких-либо клеточных механизмов снизится или возрастет скорость появления мутаций в геноме хозяина, то пороговый уровень накопления мутаций для транспозируемых элементов, за которым они уже не смогут существовать, будет пройден (Lopez-Sanchez P. et al., 2005).

Другой механизм «угасания» семейства транспозируемых элементов заключается в фиксации рестриктирующих их факторов у вида-хозяина. Геном хозяина имеет приобретенные за более чем миллиард лет совместной эволюции стратегии противодействия транспозируемым элементам и вирусам. Одна из наиболее использованных и простых моделей для анализа таких взаимоотношений между транспозируемыми элементами и геномом хозяина разработана на модели Drosophila. В лабораторных линиях D. melanogaster активны различные семейства транспозируемых элементов дрозофил. Были показаны как линии Drosophila, несущие пермиссивные аллели, специфически ослабляющие контроль со стороны хозяина над количеством копий соответствующего семейства транспозируемых элементов, так и стабильные линии, несущие аллели, ограничивающие транспозицию транспозируемых элементов. Репрессивное состояние, специфичное для данного семейства, может быть установлено посредством гомологично-зависимых trans-молчащих механизмов (homology-dependent trans-silencing mechanisms), запущенных либо посредством транскрипционального (инактивация промотора), либо посттранскрипционального (деградация специфических последовательностей РНК, sequence-specific RNA degradation) блокирования генов. Наиболее хорошо охарактеризованными механизмами, ограничивающими амплификацию экзогенных и эндогенных вирусов, являются те, которые нарушают их связывание с рецепторами на поверхности чувствительных клеток; и цитоплазматические ферментативные системы, редактирующие РНК/ДНК (cytoplasmic RNA/DNA editing enzymes).