Древняя вирусная ДНК может играть ключевую роль в раннем развитии человека, - исследование
Человеческий геном, состоящий из 23 пар хромосом, представляет собой набор биологических "чертежей", формирующих человеческий организм. Примечательно, что около 8% нашей ДНК составляют остатки древних вирусов, которые в процессе эволюции интегрировались в наш генетический материал, как сообщает CNN.
Эти остатки древних вирусов находятся в участках, известных как мобильные элементы (МЭ), или "прыгающие гены", которые способны копировать и перемещать себя по всему геному. Ранее эти МЭ считались "мусорной" ДНК, так как не имели очевидной биологической функции. Тем не менее, новое исследование подтверждает их важность на ранних этапах человеческого развития и их потенциальное участие в эволюции.
Международная группа ученых, занимающаяся секвенированием ТЕ, обнаружила новые закономерности, которые могут играть критическую роль в регуляции генов — процессе их активации и деактивации. Результаты этой работы были опубликованы 18 июля в журнале Science Advances.
«Хотя наш геном был секвенирован давно, функции многих его компонентов остаются неизученными», — заявил соавтор исследования, доктор Фумитака Иноуэ из Киотского университета. «Мобильные элементы, вероятно, играют ключевую роль в эволюции генома, и их значение будет становиться все более очевидным по мере дальнейших исследований».
Изучение механизмов активации генов с помощью ТЕ открывает новые горизонты для науки. Это может помочь в понимании роли этих последовательностей в эволюции человека, выявлении их связи с различными заболеваниями и даже в разработке методов генной терапии, считает ведущий исследователь, доктор Сюнь Чэнь из Шанхайского института иммунитета и инфекций.
«Мы надеемся выяснить, как ТЕ, особенно эндогенные ретровирусы (ERV), влияют на то, что делает нас людьми», — добавил он в своем письме.
Внедрение древней вирусной ДНК
Когда наши предки заражались вирусами, их генетическая информация интегрировалась в хромосомы хозяев.
«Древние вирусы эффективно внедряются в геномы наших предков, и их остатки становятся важными компонентами нашего генома. Мы развили различные механизмы для контроля этих древних вирусов и минимизации их потенциального вредного воздействия», — написала доктор Линь Хэ из Калифорнийского университета в Беркли.
Хотя большинство древних вирусов неактивны и не вызывают проблем, недавние исследования показали, что некоторые транспозируемые элементы могут быть связаны с развитием заболеваний. В одном из исследований, проведенном в июле 2024 года, рассматривалась возможность подавления активности определенных транспозонов для улучшения методов лечения рака.
«В процессе эволюции некоторые вирусы могут деградировать или исчезать, другие подавляются в ходе нормального развития, а некоторые адаптируются к геному человека», — отметил Хэ, не участвуя в новом исследовании. «Хотя многие древние вирусы кажутся вредоносными, некоторые из них могут стать частью нас, обеспечивая материалы для геномных инноваций».
Тем не менее, из-за своей повторяющейся природы мобильные элементы сложны для изучения. Хотя ТЕ классифицируются по семействам и подсемействам, многие из них остаются плохо задокументированными, что затрудняет их эволюционный и функциональный анализ, как говорит Чэнь.
Влияние древних вирусов на развитие человека
Новое исследование сосредоточилось на группе последовательностей ТЕ, известных как MER11, найденных в геномах приматов. Используя новую систему классификации, ученые выявили четыре ранее неизвестных подсемейства.
Последняя интегрированная последовательность MER11_G4 продемонстрировала способность активировать экспрессию генов в стволовых клетках и нервных клетках на ранних стадиях развития. Это открытие указывает на возможную роль этого подсемейства ТЕ в раннем развитии человека и их значительное влияние на реакцию генов на сигналы развития и внешние факторы, как сообщает Киотский университет.
Исследование также предполагает, что вирусные ТЕ могли повлиять на эволюцию человека. Анализируя изменения ДНК во времени, исследователи обнаружили, что подсемейство эволюционировало по-разному в геномах различных животных, что способствовало биологической эволюции, приведшей к появлению людей, шимпанзе и макак.
«Понимание эволюции нашего генома поможет объяснить, что делает людей уникальными», — отметил Хэ. «Это даст нам инструменты для понимания биологии человеческих заболеваний и эволюции».
Чэнь подчеркнул, что пока неясно, как именно эти ТЕ были вовлечены в эволюционный процесс, и добавил, что другие неопознанные ТЕ могли сыграть важную роль в эволюции приматов.
«Данное исследование открывает новые возможности и служит основой для понимания роли ТЕ в эволюции наших геномов», — заявил доктор Стив Хоффманн из Института старения имени Лейбница в Йене, который не участвовал в этом исследовании. Он также добавил, что это «подчеркивает, сколько еще предстоит узнать о ДНК, когда-то считавшейся молекулярным нахлебником».
Хоффманн был ведущим исследователем, который впервые опубликовал почти полную геномную карту гренландской акулы, самого долгоживущего позвоночного на планете, способного доживать до 400 лет. Геном этой акулы более чем на 70% состоит из генов с прыгающей активностью, тогда как у человека этот показатель составляет менее 50%. Несмотря на различия, «это исследование предоставляет дополнительные доказательства потенциального влияния генов с прыгающей активностью на регуляцию генома» и актуально для всех исследователей в данной области, отметил Хоффманн.
Путем изучения эволюции геномов, ученые могут определить, какие ДНК-последовательности сохранились, какие были утрачены, а какие появились относительно недавно.
«Учет этих последовательностей имеет критическое значение для понимания, почему у людей развиваются болезни, в то время как некоторые животные остаются здоровыми», — добавил Хоффманн. «В конечном итоге, более глубокое понимание регуляции генома может привести к созданию новых методов лечения и вмешательств».
Обсудим?
Смотрите также:
