Žmogaus protėviai pasiskolino naudingus genus iš virusų • Aleksandras Markovas • Mokslo naujienos apie "elementus" • Genetika, evoliucija

Žmogaus protėviai pasiskolino naudingus genus iš virusų

Laikydamasis genomo įterpto retroviruso nurodymų, ląstelė paklusniai gamina naujas retroviruso daleles (tamsūs apskritimai) Nuotraukos iš www.physorg.com

Virusas kartais sugeba integruoti savo DNR į šeimininko lytinių ląstelių genomą ir tapti nuolatiniu paveldimu priimančiojo genomo komponentu. Įterptiniai virusiniai genai paprastai nėra naudingi priimančiam asmeniui, tačiau yra išimčių. Vienas iš šių atvejų įvyko beždžionių protėviuose daugiau nei prieš 43 milijonus metų. Vienas virusinis baltymas, kuris vieną kartą buvo skirtas viruso korpusui sukurti, nuo to laiko buvo įtrauktas į placentos darbą aukštesniuose primatuose, įskaitant žmones.

Žmonių ir kitų gyvūnų genomoje yra daug vadinamųjų endogeninių retrovirusų (ERV) – įterptųjų virusinių genomų. Paprastas, tai yra "laukiniai" arba egzogeniniai retrovirusai, savo paveldima medžiaga laikomi RNR molekulių pavidalu, supakuotu baltymų apvalkalo. Ląstelė, užkrėta retrovirusu, sintezuoja virusinius baltymus, remiantis instrukcijomis, įrašytomis į virusinę RNR. Vienas iš šių baltymų – atvirkštinės transkriptazės fermentas – naudoja virusinę RNR kaip DNR sintezės šabloną. Tuomet kitas viruso fermentas, integrasas, integruos šią DNR į šeimininko ląstelių genomą.Dėl to viruso genomas tampa ląstelės genomo dalimi ir pradeda daugintis su juo. Toks integruotas virusinis genomas vadinamas provirusu. RNR molekulės, "skaitytos" iš proviruso ląstelės, tampa naujų virusinių dalelių formavimosi pagrindu.

Kol visa tai vyksta somatinėse (ne lytinėse) ląstelėse, virusinė infekcija netaps paveldima. Bet jei retrovirusas sugeba įsiskverbti į lytinių ląstelių, jis turi galimybę ilgą laiką tapti neatskiriama priimančiojo genomo dalimi. Tokie retrovirusai, kai jie įtraukiami į gemalo ląstelių genomą ir nuolat persodinami iš tėvų į palikuonis, vadinami endogeniniais retrovirusais.

Daugeliu atvejų šie genetiniai inžineriniai eksperimentai, atlikti virusais savo šeimininkuose, nesuteikia jokios naudos pastarosioms. Jei kartų kartoje įvyksta mutacija, sugadinanti vieną iš ERV genų, tuomet šeimininkas arba gauna arba bent jau praranda iš jo. Todėl atranka neatskleidžia tokių mutacijų, o tai lemia laipsnišką ERV skilimą po mutacijų apkrova. Dėl to dauguma gyvūnų genomų PAV yra neaktyvūs viruso genomai, kurie yra tam tikrame sunaikinimo etape.Tokie VVV akivaizdžiai yra nenaudingas genetinių šiukšlių DNR. Kartais, prieš prarandant veiklą, VVV turi laiko daugintis genomo viduje, tai yra, įterpti daugybę jų kopijų (iki kelių šimtų) įvairiose priimančiosios chromosomų vietose. Taigi yra ir visos panašios ERA šeimos.

Žmogaus genomoje dauguma PAV yra gana senos, jos buvo įtrauktos į mūsų protėvių genomą prieš daugiau kaip 25 milijonus metų dar prieš evoliucinę beždžionių liniją, kuri buvo atskirta nuo kitų Senovės pasaulio beždžionių. Tačiau yra ir "jaunų" ERW, kurias gavome po šimpanzių ir žmonių linijų atskyrimo.

Tarp žmogaus ERV dar nėra nustatyta žmogaus veiklos. Visi jie (galbūt su keliomis išimtimis) jau prarado gebėjimą elgtis kaip tikri virusai, ty užkrėsti kitus organizmus. Akivaizdu, kad jie nebegali daugintis ląstelių viduje ir integruoti į kitas to paties genomo vietas, ty veikia kaip retrotransposonai (retrovirusas, kuris prarado savo užkrečiamumą, bet išlaiko visas kitas savybes, faktiškai tampa retrotransposonu). Žmogus skiriasi nuo pelių, kačių ir kiaulių. Šių gyvūnų genomais yra jauni ERV, kurie tam tikru mastu išsaugojo savo virusinį aktyvumą.Tačiau genetika jau žino, kaip dirbtinai "atgaivinti" inaktyvuotus žmogaus ERV (žr. Lee ir kt., 2007. Infekcinio žmogaus endogeninio retroviruso paruošimas).

"Elementų" nuolatiniai skaitytojai puikiai žino, kad evoliucijos metu judančių genetinių elementų (transposonų, retrotranspozonų) fragmentai kartais naudojami organizmo naudingoms funkcijoms atlikti. Tai vadinama "molekulinės dumblės" (žr. Nuorodas žemiau).

Ar endogeniniai retrovirusai gali būti "prijaukinti"? Naujausių tyrimų rezultatai leidžia mums atsakyti į šį klausimą teigiamai. Genetika iš Orhuso universiteto (Aarhus Universitet, Danija) paskelbta žurnale BMC Evoliucinė Biologija nauji duomenys, iš kurių matyti, kad virusiniai genai buvo "prijaukinti" daugiau nei vieną kartą, įskaitant mūsų tiesioginių protėvių evoliuciją.

Anksčiau buvo parodyta, kad kai kurie žmogaus ERV genai, būtent viruso apvalkalo baltymo genai, yra išreikšti (dirbti) tam tikrų audinių ląstelėse, įskaitant placentą. Skirtingai nuo kitų ERV fragmentų, šie genai nėra sunaikinti dėl mutacijų apkrovos – akivaizdu, kad jie yra selektyviosios atrankos įtakos (mutacijos, kurios sugadina šiuos genus, sumažina tinkamumą ir todėl pašalinamos atrankos būdu).Pastaruoju metu eksperimentai parodė, kad trys žmogaus virusų kilmės genai (sincititas 1, sincititas 2, EnvPb1) inicijuoja ląstelių sintezę. Viruso apvalkalo proteinai, be kita ko, užtikrina viruso įsiskverbimą į ląstelę. Šių baltymų sugebėjimas sutrikdyti ląstelių membranų vientisumą kai kuriais atvejais gali būti naudingas organizmui, pavyzdžiui, plastos išorinio sluoksnio (sincitiotrofoblasto) vystymuisi, kuris susidaro dėl daugelio ląstelių sujungimo į vieną daugiamatę visumą.

Danijos genetika išsiaiškino ir išsamiai išnagrinėjo dar vieną ryškią dviejų virusinių genų "kodavimo" atvejį, iš pradžių kodavusią viruso apvalkalo baltymus. Atradimas buvo atliktas tiksliniu būdu ieškant nepaliestų virusinių genų žmogaus genomoje. Tyrėjai nustatė du labai panašius vienas kito retrovirusinius genus (jie buvo vadinami ENVV1 ir ENVV2), kurie atrodo esą darbo sąlygomis. Tai tipiniai retroviruso apvalkalo baltymų genai. Kiekvienas iš jų yra savo pačios ERV dalis, o visas kitas ERV dalis jau seniai buvo išjungtos dėl daugybės transposonų mutacijų ir įterpimų.

Autoriai rasta genų ENVV1 ir ENVV2 ir kitų primatų genomais: žmonėmis (šimpanzėmis, orangutanais), kitais senojo pasaulio beždžionėmis (rūsio beždžionėmis, žaliomis beždžionėmis), taip pat Naujojo pasaulio beždžionėmis – marmosečiais (Marmoset) ir voverės beždžionėmis arba ūkiri (Saimiri). Tačiau mūsų tolimesni giminaičiai, lemurai, neturi šių genų. Lyginant duomenis apie genų nukleotidų seką ENVV1 ir ENVV2 skirtingose ​​beždžionėse mokslininkai sugebėjo išsamiai rekonstruoti šių genų evoliucinę istoriją.

Originalus retrovirusas įsiskverbė į mūsų protėvių genomą ir "pripratėdavo" ten, po to, kai beždžionių ir lemuorių linijos buvo padalintos, tačiau senosios ir naujųjų pasaulių beždžionės atsiskyrė nuo 77 iki 43 milijonų metų. Naujoji ERV netrukus buvo vykdoma dviem nuosekliais dubliavimais, o rezultatas buvo trys vienodi ERV, esantys greta vienos chromosomos. Visos šių PAV dalys, išskyrus apvalkalo baltymų genus (ENVV1, ENVV2 ir ENVV3) pradėjo palaipsniui išsigydyti. Genas ENVV2 Dėl mutacijų jis įsigijo tam tikrą turtą, naudingą priimančiajam ir pradėjo būti kruopščiai išsaugotas atrankos būdu. Tai liudija, visų pirma, dėl to, kad visose beždžionėse šis genas yra reikšmingas (sinonimas) nukleotidų pakaitalas. Genai ENVV1i ENVV3, matyt, taip pat įgijo naudingų funkcijų (galbūt tai įvyko dar prieš pradinę ESR triktį), tačiau šie genai nebuvo tokie nepakeičiami, kaip ir ENVV2. Todėl kai kuriose beždžionių evoliucinėse linijose šie genai buvo arba prarasti, arba mutacija dėl mutacijų. Visų pirma, bendras žmonių protėvis ir šimpanzės prarado geną ENVV3. Jų artimas giminaitis, orangutanas, turi šį geną, nors ir neveikiančioje būsenoje. Genas ENVV1 orangutanas turi, bet neveikia; žmonėse ir šimpanzėse jis puikiai tvarkingas. Autoriai taip pat nustatė, kad tarp genų ENVV1 ir ENVV2 skirtingose ​​evoliucinėse linijose keletą kartų pasikeitė vietos (žr. genų konversiją). Kaip rezultatas, genas ENVV2 galėtų perduoti geną ENVV1 jo naudingos savybės – visiškai ar iš dalies.

Labai įdomu, kad abiejose rūšyse, kuriuose buvo galima patikrinti žmonėms ir babuoniams, genai ENVV1 ir ENVV2 dirba placentoje. Techniškai labai sunku eksperimentiniu būdu nustatyti, kokią funkciją jie atlieka, ir autoriai dar to nepadarė. Tačiau remiantis išsamia šių genų užkoduotų baltymų struktūros analize galima daryti išvadą, kad yra trys galimos funkcijos:
1) ląstelių sintezės valdymas, formuojant išorinį placentos sluoksnį – sincitiotrofoblastą (šis būdas minėtų virusų baltymų panaudojimui);
2) embriono apsauga nuo motinos imuninės sistemos (abiejų baltymų srityje yra imunosupresinio poveikio; tai suprantama, jei prisimename, kad jie iš pradžių buvo viruso paketo dalis);
3) embriono apsauga nuo "laukinių" retrovirusų. Turiu ENVV1 ir ENVV2 išliko sritys, kurios jungiasi prie tų ląstelių paviršiaus baltymų, prie kurių yra prisijungusios retrovirusai. Jei baltymas jau yra prijungtas prie tokio paviršiaus baltymo ENVV1 arba ENVV2Laukinis retrovirusas negali jo naudoti norint patekti į ląstelę. Šis efektas yra žinomas kaip "receptoriaus trukdymas".

Tyrimas įtikinamai parodė, kad tie genetiškai modifikuoti retrovirusai, kuriuos mums sukelia, kartais gali būti labai naudingi.

Šaltinis: Anders L Kjeldbjerg, Palle Villesen, Lars Aagaard, Finn Skou Pedersen. ERV-V apvalkalo geno generavimas ir valymas simian evoliucijoje // BMC Evoliucinė Biologija. 2008. V. 8. P. 266.

Taip pat žiūrėkite:
1) Augalai užima genus iš "genominių parazitų", "Elementų", 2007.11.26.
2) Padėties genomo skaitymas parodė esminį transposonų vaidmenį žinduolių evoliucijoje, "Elements", 2007.05.13.
3) senovės žinduoliai, užsikrėtę placenta, "Elements", 2005 12 15.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: