Ученые впервые смогли извлечь из кожи найденного в Якутии шерстистого мамонта возрастом 52 тысячи лет остекленевшие древние хромосомы. Они намного крупнее известных ранее типов древней ДНК и сохраняют информацию о том, какие гены были активны.
По словам исследователей, это поможет собрать геномы вымерших видов. Хромосомы сохранились благодаря холодному и сухому климату Якутии, сообщает пресс-служба СО РАН.
В 2018 году в Якутии обнаружили хорошо сохранившуюся тушу мамонта. Результаты исследования мягких тканей со лба найденного животного показали, что мамонту 52 тысячи лет. Находка получила название «Тот самый мамонт».
«Незадолго до того, как разразилась эпидемия коронавируса, появился метод Hi-C — его изобрел американский ученый Эрез Либерман Эйден. 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. Доцент Центра геномной архитектуры колледжа Бэйлор доктор медицинских наук Ольга Дудченко придумала сделать с помощью Hi-C зоопарк ДНК всех возможных живых организмов. Филиал такого зоопарка появился и у нас — в Институте молекулярной и клеточной биологии СО РАН. Нам удалось накопить гигантское количество культур клеток, идеально подходящих для Hi-C, а совмещение его с нашими цитологическими методами дает поразительные результаты в плане изучения геномов», — рассказал заведующий лабораторией цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН член-корреспондент РАН Александр Графодатский.
Так как мельчайшие фрагменты древней ДНК могут сохраняться в течение долгого времени, международная группа ученых под руководством медицинского колледжа Бейлора, Копенгагенского университета и Национального центра анатомии и регуляции генома исследовала с помощью Hi-C хромосомы мамонтов. В образце кожи Того самого мамонта сохранилась структура замороженных на десятки тысячелетий древних хромосом.
По показаниям Hi-C у шерстистого мамонта было 28 пар хромосом. Это еще раз подтвердило, что его ближайшими родственниками из ныне живущих организмов являются современные индийские слоны. Также этот метод, способный отличить когда-то активные гены от неактивных, помог выяснить, что Тот самый мамонт был шерстистым.
У шерстистого мамонта существовали ключевые гены, регулирующие развитие волосяных фолликулов, схема активности которых совершенно иная, чем у слонов, пояснили ученые.
«Знание формы хромосом организма дает возможность собрать всю последовательность ДНК вымерших существ. Это позволяет получить информацию, которая была бы невозможна раньше», — отметила Доцент Центра геномной архитектуры колледжа Бэйлор доктор медицинских наук Ольга Дудченко.
Как могли фрагменты ДНК древних хромосом сохраниться в течение 52 тысяч лет и не растерять свою трехмерную структуру? Ученые смогли 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.
Важнейший 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 использовали и знаменитого мамонтенка Юку, но его хромосомы оказались менее сохранны.
Команда гистологов из лаборатории морфологии и функции клеточных структур ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» 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 сделали огромную трудоемкую работу, вручную исследовав 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 богатство неизмеримое: 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», — резюмировал Александр Графодатский.
Результаты исследования опубликованы в биологическом журнале Cell.
