Роль древних вирусов в нашем организме

Наверное, вы давно свыклись с мыслью, что миллиарды бактерий живут на вашем теле и внутри вас, но следующая информация, скорее всего, станет для вас сюрпризом. Знаете ли вы, что внутри вашего организма ещё вдобавок полно вирусов? Удивлены? Спешим прояснить ситуацию.

Оказывается, наш геном насквозь пронизан вирусами, а точнее ретровирусами.  “Ретро-” – не потому, что возраст этих вирусов достигает 100 млн. лет, а потому что с латинского “retro” переводится как “обратный” (характерной чертой семейства является наличие в составе вириона РНК-зависимой ДНК-полимеразы, иначе называемой обратной транскриптазой).

Так как ретровирусы имеют только РНК, они вынуждены для воспроизводства вводить весь свой генетический материал в ДНК хозяина, как это делает самый известный в наше время ретровирус – вирус иммунодефицита человека ВИЧ, вызывающий СПИД. Как только ретровирус попадает в клетку, он тут же производит ДНК-копию своего генома, которую встраивает в ДНК клетки. Но самое интересное происходит тогда, когда ретровирус попадает в половую клетку. В таком случае, если носитель устоит перед атакой вируса и выживет, встроенную ДНК унаследуют его будущие поколения! Теперь для Вас не секрет, каким образом древние ретровирусы попали в нашу ДНК.

Остатки древних инфекций, которые поразили половые клетки и внесли изменения в генотип, называют эндогенными ретровирусами. Долгое время считалось, что вирусные гены в ДНК человека не играют в жизни наших клеток никакой роли, что они так называемая “тёмная материя”, “мусорная ДНК”. Но последние открытия учёных заставляют по-другому взглянуть на эти вирусы, миллионы лет находящиеся в заточении в нашем геноме.

Вирусные гены и стволовые клетки

Оказывается, эндогенные ретровирусы играют не последнюю роль в стволовых клетках человека. Недавно такое открытие сделали сингапурские исследователи. Они изучали эндогенные ретровирусы подсемейства Н – HERV-H, которые находятся в эмбриональных стволовых клетках. Выяснилось, что именно эти гены поддерживают одну из основных функций клеток – плюрипотентность.

Плюрипотентность (pluripotency, от лат. plures – многие и potentia – сила, мощь) – это то, благодаря чему стволовые клетки дают начало любому другому типу клеток в нашем организме. Для подтверждения своей догадки учёные провели простой эксперимент, в ходе которого профессор Синьюй Лу вместе с коллегами из Сингапура и Канады обработал стволовые клетки специальной РНК, подавляющей активность генов HERV-H. После этого клетки потеряли свои стволовые признаки и стали похожи на соединительнотканные фибробласты. Исследователи продолжили эксперименты и обнаружили, что в обработанных таким образом стволовых клетках уменьшилась активность белков, отвечающих за плюрипотентность.

Открытие сингапурских учёных даёт колоссальные возможности для генной инженерии. Ведь учёные давно ищут способ контролировать переход клеток из стволового состояния в дифференцированное и обратно, а вирус HERV-H потенциально может очень помочь в этом деле.

Вирусные гены и многоклеточные ткани

Большинство тканей и органов в нашем организме (например, кожа, мышцы, кости) состоят из клеток, которые слились вместе и образовали одну большую клетку со множеством ядер. Это происходит при помощи белков, под влиянием которых разрушаются клеточные мембраны, клетки слипаются, а их содержимое перемешивается.

Сегодня известны только два таких белка, хотя и они долгое время оставались загадкой. Один из них – синцитин – открыли 15 лет назад. Под его управлением происходит слияние клеток, которые образуют плаценту. Тогда же и было обнаружено, что ген синцитина имеет вирусное происхождение. Ещё один белок был открыт два года спустя, но получил менее звучное названиеEFF-1. Год назад учёные сделали ещё одно открытие: Феликс Рэй из Пастеровского института во Франции сообщил, что белки FF-семейства, а соответственно, и белок EFF-1, в прошлом тоже были вирусными. Оказалось, что FF-1 очень схож с вирусными белками, с помощью которых вирусы взламывают клетку перед проникновением. Особенно схожи у них как раз области, которые работают с клеточной мембраной. Теперь нет сомнений, что механизм слияния и белки, с помощью которых клетки сливаются друг с другом, многоклеточные организмы позаимствовали у вирусов.

Учёные будут продолжать исследования: ведь если два белка, отвечающих за образование тканей в нашем организме оказались вирусного происхождения, возможно, и другие не станут исключением?

Ретровирусы и головной мозг

Ещё одно потрясающее открытие сделали учёные. Им удалось выяснить, что наследственные ретровирусы, которые попали в наш геном миллионы лет назад, играют важную роль в создании сложных сетей, характеризующих мозг человека. То есть практически они помогают формировать наше мышление, участвуя в развитии мозга!

«Мы считаем, что ретровирусы могут объяснить, почему клетки мозга являются настолько многогранными по своим функциям, а также почему мы все такие разные,» – говорит шведский исследователь Йохан Якобсон из Лундского университета.

В одном из последних исследований специалисты установили, что нейронные стволовые клетки используют специальный молекулярный механизм, с помощью которого происходит метилирование ДНК – то есть включение и выключение ретровирусов. Контролирует активацию генов белок TRIM28, который способен выключать ретровирусы посредством обратного подавления гена, носящего название гистонная модификация. Когда исследователи удалили TRIM28 из некоторых клеток, в том числе, печени, мозга и белых кровяных телец, они заметили изменения в экспрессии генов у мышей только в клетках мозга. Это доказывает, что механизм регулирования эндогенных ретровирусов в клетках мозга отличается от механизмов, действующих в других клетках.

Огромное значение полученных результатов очевидно. Во-первых, они проливают свет на некоторые особенности эволюции головного мозга человека, а во-вторых, открывают путь для дальнейших исследований заболеваний головного мозга, связанных с генетическими факторами.

Ретровирусы и жизнь эмбриона

Приготовьтесь, сейчас самое интересное. Оказалось, что с самых первых дней (ещё в утробе матери) мы с Вами находились под защитой… всё тех же вирусов! Учёные из Стенфорда, кроме родительских ДНК, нашли в трёхдневных человеческих эмбрионах кое-что интересное.Выяснилось, что эмбрион содержит генную составляющую самого последнего ретровируса под названием HERVK, проникшего в человеческий организм около 200 тысяч лет назад. Именно HERVK мы, можно сказать, обязаны жизнью.

В ходе наблюдения за вирусом учёные выяснили, что он регулирует генную активность клеток, деятельность рибосом и связывает некоторые клетки РНК. Кроме того, клетки этого вируса вырабатывают особый белок, который препятствует попаданию других инфекций в зародившийся в утробе матери плод, например, защищает его от гриппа. Таким образом, именно вирус оберегает человека от появления ряда опасных недугов с первых дней.

Такого рода исследования постепенно меняют точку зрения учёных об эндогенных ретровирусах как о “генетическом мусоре”. Всё больше и больше исследователей склоняются к мысли, что они играют чрезвычайно важную роль в нашем организме.