В предыдущем сообщении я рассказал о некоторых парадоксах нашего генома:

а) количество составляющих его генов (около 30 тысяч) — примерно такое же, как у мышей;

б) разных белков гораздо больше, чем разных генов;

в) на все гены вместе с их некодирующей «обслугой» (интронами, промоторами и энхансерами) приходится лишь небольшая часть всей хромосомной ДНК. Остальная часть ДНК — чёрный ящик, о котором почти ничего не известно.

Вот об этом «чёрном ящике» я и обещал поговорить поподробней. Ведь там может скрываться — даже нет: наверняка скрывается! — ключ к какой-то очень важной (судя по размерам «ящика») биологической загадке.

И даже можно предположить, чтó это за загадка. Это первый из перечисленных парадоксов: при почти совпадающем у млекопитающих и человека количестве генов, при почти совпадающей содержащейся в них генетической информации, — мы, люди, качественно отличаемся от животных.

В чём самое главное отличие, я уже говорил в сообщении от 19 ноября сего года. Это отношение массы головного мозга к массе спинного мозга:

у кошек — 1:1, у собак — 3:1, у обезьян — 15:1, у человека — 50:1.

И, поскольку никакая ДНК с известной функцией, судя по всему, не причастна к таким разительным различиям, то тогда ничего не остаётся, как связать их с «неизвестной» ДНК — с тем самым «чёрным ящиком».

К тому же подталкивает обнаруженная корреляция между количеством «избыточной» («неизвестной») ДНК и сложностью организма. Так, у бактерий ничего «лишнего» в ДНК нет. А затем, по мере эволюционного развития, «избыточная» ДНК появляется, накапливается и достигает максимума у человека.

Рассуждаем дальше. Какие параметры должны зависеть от объёма «избыточной» ДНК? В основе межвидовых различий — количественные анатомические различия, т.е. различия в размерах органов. А эти размеры, очевидно, зависят от количества делений соответствующих стволовых клеток в ходе внутриутробного и последующего развития.

Так, абсолютный размер формирующегося головного мозга зависит от количества делений стволовых нейрогенных клеток мозговых пузырей.

А вышеназванный ключевой параметр (отношение масс головного и спинного мозга) зависит ещё от количества делений стволовых клеток туловищного отдела нервной трубки.

Следующие два вопроса: что заставляет клетку делиться и отчего прекращаются деления нормальных клеток?

Ответ на первый вопрос — митогены, специфически действующие на клеточные рецепторы.

Ответ на второй вопрос — контактное торможение. Имеется в виду, что вступление клеток во взаимодействие останавливает их деление. Но это не простое соприкосновение клеток друг с другом: на их поверхности должны быть специальные белки — кадгерины. Если же такие белки на мембране еще не появились, клетки под влиянием митогенов, пусть и толкаясь, будут делиться. Иначе органы не могли бы достигать нужных размеров.

Следовательно, размер органа может зависеть от того, после какого деления на поверхности клеток появляются кадгерины.

Из вышеизложенного можно думать, что этот момент определяется «избыточной» ДНК. Но при этом у каждого вида органных стволовых клеток должна быть своя — тоже органоспецифическая — часть «избыточной» ДНК, функционирующая только в клетках данного дифферона и имеющая строго определённый объём.

Резюмируя и обобщая, получаем следующую гипотезу:

от объёма органоспецифической «избыточной» ДНК зависит количество делений, совершаемых стволовыми клетками развивающегося органа до наступления контактного торможения,

а тем самым определяются абсолютные и относительные размеры органа во взрослом состоянии.

Напомню: несмотря на ярко выраженную экстравагантность этой гипотезы, мы пришли к ней с помощью несложной логики. Но теперь нам надо буквально придумать, как конкретно могла бы реализоваться гипотеза.

Однако прежде, чем включить фантазию, познакомимся с тем, что всё-таки известно о «неизвестной» («избыточной») ДНК у человека.

а) Примерно 60% данной ДНК — это многократные повторы тех или иных (коротких, длинных, средних) последовательностей нуклеотидных пар.

б) Повторы могут быть тандемными (следуют друг за другом, как, например, на концах хромосом), но чаще они — диффузные, т.е. все копии какой-то последовательности разбросаны поодиночке — в пределах одной или даже нескольких хромосом.

в) Среди диффузных повторов некоторые обладают высокой подвижностью в геноме; это т.н. ДНК-транспозоны — результат внедрения фрагментов бактериальной ДНК в хромосомную ДНК человека. Внедрения, произошедшего когда-то давным-давно в предыстории человечества.

г) Ещё одна группа диффузных повторов — ДНК ретровирусов. Эти ДНК образовались из РНК ретровирусов (с помощью обратной транскриптазы вируса) и тоже в доисторические времена встроились в геном.

д) Происхождение двух других, более обширных, групп диффузных повторов неизвестно.

е) Это шла речь о тех 60% «избыточной» ДНК, которые представляют собой повторы. Но остаются ещё 40%, о структуре которых вообще ничего не известно.

Увы, представленная информация не проливает ровно никакого света на функцию «избыточной» ДНК. Она не помогает ни оценить уже выдвинутую выше гипотезу, ни выдвинуть какую-то новую.

Что ж, тогда пофантазируем. Тема фантазии: каким образом органоспецифичная «избыточная» ДНК могла бы определять количество делений стволовых клеток данного органа до начала контактного торможения.

Самое простое, что приходит в голову, — это,

- во-первых, то, что каждая органоспецифичная «избыточная» ДНК состоит из функционально активных повторов, каждый из которых способен блокировать гены кадгеринов,

- и, во-вторых, то, что, по принципу системы «билетиков», иногда используемой Природой, в конце очередного клеточного цикла блокирующий повтор необратимо теряет свою активность (например, из-за метилирования), так что с каждым делением пул работоспособных повторов закономерно уменьшается.

По исчерпании же этого пула гены кадгеринов деблокируются и клетки приобретают способность к контактному торможению.

Вот такую замысловатую гипотезу предложил я сегодня нашим читателям. Ее предыдущий вариант ранее был опубликован [а) Н.Н. Мушкамбаров «Неизвестная» ДНК эукариот, или Что делает человека человеком», «Пространство и Время», 2014, № 3, с.283–291; б) Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов «Молекулярная биология», 3 изд., 2016, 660 с.], здесь гипотеза представлена в модифицированном виде.