РОЛЬ НЕКОДИРУЮЩИХ УЧАСТКОВ ГЕНОМА В РЕГУЛИРОВАНИИ РАБОТЫ ГЕНОВ

THE ROLE OF NON‑CODING REGIONS OF THE GENOME IN REGULATING GENE EXPRESSION

Ключевые слова: некодирующий геном, регуляция генов, энхансеры, промоторы, хроматин, некодирующие РНК, наследственные признаки.

Keywords: non-coding genome, gene regulation, enhancers, promoters, chromatin, non-coding RNAs, inherited traits.

В настоящее время в генетике широко изучаются некодирующие участки генома (англ. non-coding DNA), под которыми понимаются части ДНК, не содержащие инструкции для синтеза белка. Если говорить просто – некодирующие участки представляют собой часть генома, которая участвует в регулировании работы генов. Среди них встречаются разные участки (например, промоторы и энхансеры), которые влияют на то, когда ген начинает работать и насколько активно он работает. И благодаря этому один и тот же ген может проявлять разную активность в зависимости от типа клетки и условий её работы. Сегодня некодирующие участки генома – это целая группа участков ДНК, различающихся своим строением и ролью в регулировании генов (рис. 1). В связи с этим цель настоящего исследования заключается в рассмотрении роли некодирующих участков генома в регулировании работы генов.

Источник: переведено автором по [1, с. 5]

В современной генетике некодирующие участки генома – важная часть регулирования работы генов. К ним обычно относятся регуляторные последовательности ДНК, среди которых большое значение принадлежит промоторам и энхансерам, с участием которым определяется начало работы гена и уровень его активности в конкретной клетке [2]. В частности, энхансеры могут располагаться на значительном расстоянии от гена, поэтому положение некодирующего участка рядом с геном является далеко не единственным условием его регуляторного значения [1]. Иными словами, чем более доступными являются регуляторные участки ДНК, тем лучше будут работать гены. Так, выбор клеточной судьбы связан с двумя способами регуляции генов – в одном случае доступ к регуляторной области ДНК открывается только в определённом типе клеток, во втором случае эта область доступна в обоих типах клеток, и различие определяется связыванием разных факторов транскрипции (рис. 2).

Источник: переведено автором по [1, с. 5]

Постепенно представление о некодирующей части генома заметно расширилось. Помимо регуляторных последовательностей ДНК, с работой генов связаны некодирующие РНК, участвующие в клеточной регуляции [3]. Стоит отметить, что значительная часть генома млекопитающих также представлена мобильными элементами, часть которых способна влиять на активность соседних генов [4]. В отдельных случаях последовательности мобильных элементов используются как регуляторные участки – и их роль связана уже с работой других генов генома [5].

Значение некодирующих участков также зависит от состояния хроматина, поскольку взаимодействие регуляторных белков с ДНК связано с доступностью выбранной последовательности. Современные научные данные свидетельствуют о том, что различие между активным и менее активным хроматином объясняется сложнее, чем простым делением ДНК на открытую и плотную формы [6]. Вместе с этим в промоторах и энхансерах располагаются последовательности, с которыми связываются определённые регуляторные белки, и изменение доступности таких последовательностей способно отражаться на активности гена [7].

Сопоставление современных публикаций позволяет увидеть, какие стороны некодирующего генома сегодня изучаются наиболее активно (табл. 1).

Связь некодирующих участков с работой генов проявляется и в способности энхансеров воздействовать на удалённые гены, так как расстояние между ними может составлять сотни тысяч пар оснований [1]. Внутри ядра ДНК располагается в пространстве определённым образом, благодаря чему энхансер и промотор способны оказаться рядом. С этим связано изменение активности гена, хотя в линейной последовательности ДНК между двумя регуляторными участками может находиться большое расстояние [8].

В работе генов, впрочем, как и в других процессах регуляции клеток, действие одного некодирующего участка тесно связано с окружением в геноме. Возможности энхансера во многом определяются его связью с другими регуляторными участками, поэтому совместная работа нескольких энхансеров способна усиливать активность гена [9]. Кстати, более крупные группы подобных элементов называют суперэнхансерами, значение которых связывается с сильным влиянием на активность определённых генов, включая гены, связанные с развитием некоторых заболеваний [10].

Кроме того, регулирование работы генов связано с тем, что промоторы и энхансеры содержат места связывания регуляторных белков – характер данной связи зависит от последовательности ДНК, поэтому даже небольшое изменение регуляторного участка способно изменить активность гена [11].

Наряду с этим в клетке действует регуляция с участием некодирующих РНК, благодаря чему влияние некодирующей части генома распространяется дальше обычного взаимодействия белков с ДНК [3]. Поэтому работа генов во многом зависит от разных некодирующих участков генома. Различия между отдельными элементами целесообразно рассмотреть по их роли в регулировании работы генов (табл. 2).

Эти, конечно, не все виды, да и вообще направлений исследования некодирующих участков генома в регулировании работы генов в настоящее время можно выделить очень много.

В ближайшем будущем наиболее интересными, на взгляд автора, будут пять направлений изучения некодирующего генома в регулировании работы генов:

• энхансеры и промоторы;

• доступность хроматина;

• некодирующие генетические варианты;

• мобильные элементы генома и

• некодирующие РНК.

Подробнее эти направления исследований показаны ниже (табл. 3)

На взгляд автора, в российской науке важно:

• определять функции малоизученных некодирующих участков генома (для многих последовательностей ДНК их точная роль в работе генов пока остаётся недостаточно изученной);

• изучать связи некодирующих участков генома с наследственными признаками, что обусловлено тем, что генетические изменения в областях регулирования способны влиять на активность генов;

• анализировать регуляторные участки генома в разных типах клеток, ведь один и тот же ген может проявлять разную активность в разных клетках;

• исследовать взаимодействие удалённых участков ДНК с генами.

Таким образом, дальнейшее изучение роли некодирующей части генома в регулировании работы генов, по всей видимости, позволит точнее объяснять причины различий в работе генов и происхождение отдельных особенностей генома.

Список литературы

1. Bower G., Kvon E.Z. Genetic factors mediating long-range enhancer–promoter communication in mammalian development // Current Opinion in Genetics & Development. – 2025. – Т. 90. – P. 1⁠–⁠11. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X2400131X (accessed: 18.09.2026).
2. Williams J.P.C., Delas M.J. Cis-regulatory strategies in developmental patterning // Current Opinion in Genetics & Development. – 2026. – Т. 100. – P. 1⁠–⁠9. – URL: https://discovery.ucl.ac.uk/id/eprint/10228949/ (accessed: 18.09.2026).
3. Flores-García A.A. et al. Brave new RNA world(s): from prebiotic chemistry to gene regulation and RNA technology // Frontiers in Genetics. – 2026. – Т. 17. – P. 1⁠–⁠15. – URL: https://www.frontiersin.org/journals/genetics/articles/10.3389/fgene.2026.1813517/full (accessed: 18.09.2026).
4. García-Vílchez R., Guallar D. Interplay of transposable elements and ageing: epigenetic regulation and potential epitranscriptomic influence // Current Opinion in Genetics & Development. – 2025. – Т. 92. – P. 1⁠–⁠10. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X25000231 (accessed: 18.09.2026).
5. Kosovsky G.Y., Glazko G.V., Glazko T.T. Structural heterogeneity and functional convergence of transposable elements // Frontiers in Genetics. – 2025. – Т. 16. – P. 1⁠–⁠13. – URL: https://www.frontiersin.org/journals/genetics/articles/10.3389/fgene.2025.1605675/full (accessed: 18.09.2026).
6. Fillot T., Mazza D. Rethinking chromatin accessibility: from compaction to dynamic interactions // Current Opinion in Genetics & Development. – 2025. – Т. 90. – P. 1⁠–⁠9. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X24001485 (accessed: 18.09.2026).
7. Sugo N., Atsumi Y., Yamamoto N. Transcription and epigenetic factor dynamics in neuronal activity-dependent gene regulation // Trends in Genetics. – 2025. – Т. 41, № 5. – P. 425⁠–⁠436.
8. Kittle R.H., Levo M. Exploring the interplay between enhancer–promoter interactions and transcription // Current Opinion in Genetics & Development. – 2025. – Т. 90. – P. 1⁠–⁠11. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X24001527?via%3Dihub= (accessed: 18.09.2026).
9. Friman E.T., Bickmore W.A. Enhancer cooperativity in the folded genome // Current Opinion in Genetics & Development. – 2026. – Т. 96. – P. 1⁠–⁠9. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X2500108X (accessed: 18.09.2026).
10. Wang R., Li A., Pang Z. Current progress and future perspective of super-enhancers: a viable and effective bridge between the transcriptional apparatus and disease // Frontiers in Genetics. – 2025. – Т. 16. – P. 1⁠–⁠13. – URL: https://www.frontiersin.org/journals/genetics/articles/10.3389/fgene.2025.1611905/full (accessed: 18.09.2026).
11. Mascolo E. et al. Long-term evolution of regulatory DNA sequences. Part 2: theory and future challenges // Current Opinion in Genetics & Development. – 2026. – Т. 98. – P. 1⁠–⁠10. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X26000390 (accessed: 18.09.2026).
12. Foutadakis S. et al. Machine learning tools for deciphering the regulatory logic of enhancers in health and disease // Frontiers in Genetics. – 2025. – Т. 16. – P. 1⁠–⁠10. – URL: https://www.frontiersin.org/journals/genetics/articles/10.3389/fgene.2025.1603687/full.
13. Gilad Y., Battle A. Beyond the baseline: mapping the context-specific regulatory landscape of disease // Trends in Genetics. – 2026. – Т. 42, № 4. – P. 324⁠–⁠338.
14. Housman G. et al. Addressing missing context in regulatory variation across primate evolution // Current Opinion in Genetics & Development. – 2025. – Т. 93. – P. 1⁠–⁠11. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959437X25000668 (accessed: 18.09.2026).
15. Morilla L.M.O. et al. Leveraging allelic imbalance in accessible chromatin to prioritize putative causal variants // Trends in Genetics. – 2026. – Т. 42, № 5. – P. 460⁠–⁠475.