Группа ученых из Японии обнаружила, что вирусные гены, включенные миллионы лет назад в геном инфицированного хозяина и передающиеся из поколения в поколение, впоследствии стали частью врожденного иммунного ответа у млекопитающих. Исследование в очередной раз подчеркивает существенную роль вирусов в жизни и, возможно, эволюции млекопитающих и человека.
Сигналы RTL5 (красный), RTL6 (зеленый) и двухцепочечной РНК – имитации вирусной инфекции (синий) на внутренней поверхности полушарий головного мозга мыши / © Masahito Irie et al, Development, 2022
Многие вирусы — от обычного вируса гриппа и SARS-CoV-2, вызывающего коронавирусную инфекцию Covid-19, до ВИЧ, — несомненно, оказывают большое влияние на повседневную жизнь человека, буквально выводят его из привычного ритма на несколько дней или недель, а иногда и на всю оставшуюся жизнь. Однако ряд вирусов, поразивших, но не убивших наших предков миллионы лет назад, оставили куда более серьезный след в виде своей ДНК в геноме как человека, так и других млекопитающих.
Впоследствии эти вирусные гены изменялись и эволюционировали, приобретая со временем совершенно новые функции, полезные уже для организма хозяина. Таким образом эндогенные ретровирусы, чья ДНК встроилась в организм хозяина и перестала проявлять патогенные эффекты, превращаются в ретротранспозоны — участки генома, способные многократно копировать сами себя и встраиваться обратно в геном, но уже в новом месте.
Порой такие ретротранспозоны выполняют крайне важные функции в организме хозяина — от формирования, поддержания и эндокринной регуляции плаценты млекопитающих, до участия в развитии мышц плода/новорожденного и регуляции функций головного мозга. В новой работе коллектив ученых из Японии выявил функцию еще пары ретротранспозонов — RTL5 и RTL6. О результатах исследования авторы рассказали в статье, опубликованной в журнале Development.
Изученные ретротранспозоны есть у всех плацентарных млекопитающих и очень похожи на гены современных ретровирусов, из-за чего и возникло предположение о вирусной природе этих участков ДНК. Исследователи были уверены, что RTL5 и RTL6 должны обладать достаточно важной для млекопитающих функцией, чтобы сохраниться в их геноме на протяжении нескольких десятков миллионов лет. Для определения функций этих генов авторы исследования выяснили, в каких клетках и при каких обстоятельствах активны эти гены, а также какие белки они кодируют.
На примере мышей ученые показали, что RTL5 и RTL6 активно экспрессируются в клетках микроглии головного мозга. Эти клетки играют важную роль в формировании нейронных сетей мозга, поддержании контактов между нейронами и борьбе с патогенами, по какой-то причине преодолевшими гематоэнцефалический барьер.
Причем микроглия с активным RTL5 реагировала на вирусную инфекцию, тогда как активность RTL6 позволяла клеткам микроглии бороться с бактериальной инфекцией.
Более того, удаление этих генов сделало клетки микроглии беспомощными против вирусных и бактериальных инфекций, что говорит о решающей роли ретротранспозонов в поддержании стерильности мозга плацентарных млекопитающих, в том числе человека. В дальнейшем авторы статьи предлагают обратить больше внимания на гены приматов и человека, приобретенные от ретровирусов, чтобы, возможно, лучше понять нашу эволюцию.
Комментарии
До чего же странные методы приходится использовать эволюции из-за своей врожденной "слепоты"! Может быть, в этом и кроется объяснения обилия "мусорной ДНК" в геномах сложных эукариот?
Бывают такие бабушки, которые весь хлам из квартиры не выбрасывают, а свозят на дачу. В результате чердак такой дачи превращается в свалку всякого бесполезного, а то и небезопасного скарба. Среди старых матрасов и поломанных торшеров может попасться, например, бутыль ртути, мешок крысиного яда и т.п. Внуки говорят:
- Бабуля, зачем тебе этот хлам? Выброси немедленно!
А бабуля отвечает:
- Нельзя выбрасывать, пригодится!
В обычной жизни бабушки умирают, после чего внуки освобождают чердак. Но бабушка-эволюция бессмертна! Она, как Плюшкин, собирает на чердаке генома всякие интроны, транспозоны, эндогенные вирусы, псевдогены и прочие ненужные, а то и смертельно опасные штуки. Ее мусору позволено не только храниться, но даже перемещаться и множиться. Откровенно вредные гены инактивируются, невредные могут делать почти все, что захотят. В результате геном иногда почти полностью превращается в склад забытых вещей.
Генетики вопрашают:
- Бабуля-эволюция, зачем тебе этот хлам? Вон, у прокариот все чистенько-красивенько, ничего лишнего - и процветают!
А бабуля отвечает:
- Нельзя выбрасывать, пригодится!
И правда, проходит тысяча, миллион, миллиард лет, и когда-то бесполезный или даже очень опасный ген в результате случайных изменений превращается в ген чрезвычайно полезный, дающий организму какие-то новые, ранее недоступные возможности.
Возможно, мусорная ДНК - это просто склад заготовок. Очень маленький процент этих заготовок со временем станет чем-то полезным, но поскольку неизвестно, какие именно заготовки пригодятся, а какие - нет, стоит собирать их, как можно больше. Естественно, до того предела, пока геном еще может сохранять стабильность.