Коалы помогли ученым выяснить, как ДНК защищается от ретровирусов

Изучение вируса коал позволило ученым из США и Австралии обнаружить новую форму «геномного иммунитета». Статья о результатах работы опубликована в журнале Cell.

Ретровирусы — семейство РНК-содержащих вирусов, таких как ВИЧ или вирус кошачьей лейкемии. Их общая особенность — использование механизма обратной транскрипции для своего размножения. Фермент обратная транскриптаза синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, а затем достраивает вторую комплементарную нить. Получившаяся двунитевая ДНК встраивается в геном клетки-хозяина и впоследствии служит матрицей для синтеза вирусной РНК.

Ретровирусы обычно не заражают зародышевые клетки (яйцеклетки или сперматозоиды) и поэтому не передаются из поколения в поколения. Но как минимум несколько раз в ходе человеческой эволюции подобное заражение все же происходило. Об этом свидетельствует тот факт, что восемь процентов человеческого генома имеет вирусное происхождение. Подобные инвазии в геном могут быть полезными: например, от вирусов мы получили ген, необходимый для формирования плаценты.

Процесс ретровирусной инфекции в клетках зародышевой линии у млекопитающих пока что изучен плохо. Помочь в прояснении его механизмов смог KoRV-A — ретровирус, распространяющийся в дикой популяции австралийских коал и обуславливающий восприимчивость организма животных к прочим инфекциям и раку. Пути передачи KoRV-A между коалами в основном такие же, как и у других вирусов. С одним отличием: этот ретровирус способен заражать зародышевые клетки, и большинство диких коал рождаются с таким патогеном как частью генома.

Изучая инфицирование KoRV-A зародышевых клеток коал, исследователи обнаружили, что эти клетки способны распознавать нуклеиновые кислоты вирусов на определенном этапе их жизненного цикла и подавлять инфекцию. «Мы обнаружили врожденную иммунную систему генома, которая может отличать генетический материал от ваших генов», — объясняет Уильям Тюркауф, специалист по молекулярной медицине и один из авторов работы.

Геномы многоклеточных организмов включают в себя некодирующие участки — интроны. После того как на матрице ДНК синтезируется комплементарная ей РНК, интроны вырезаются из продукта синтеза для получения функциональной матричной РНК — этот процесс называется сплайсингом. У ретровирусов тоже есть интроны, которые вырезаются, чтобы сделать возможным синтез белков вирусной оболочки для последующей сборки вирусных частиц.

Однако вирусам необходимо производить и несплайсированную РНК, из которой интроны не удалены, — она необходима для репликации. Зародышевые клетки распознают такую РНК и разрезают ее на так называемые piРНК. Это малые некодирующие нуклеиновые кислоты, которые могут комплементарно связываться с транскриптами вирусной ДНК и таким образом блокировать сборку вирусных частиц.

«Через то, что мы видим у коал, прошел каждый организм на планете. Животные заражаются ретровирусами, которые попадают в клетки зародышевой линии. Эти вирусы размножаются и внедряются в хромосомы, изменяя организацию и функцию генома хозяина, и процесс продолжается, пока клетка-хозяин не приручит захватчика», — подытоживает Чжипин Вэн, соавтор работы, специалист по биоинформатике и интегративной биологии. В дальнейшем ученые хотят провести дополнительные эксперименты, чтобы разобраться в механизмах распознавания чужеродного генетического материала.

Ранее ученые выяснили, как вирус бешенства попадает в мозг, и обнаружили вирус, который делает людей глупее.