Роль древніх вірусів в нашому організмі

Напевно, ви давно звиклися з думкою, що мільярди бактерій живуть на вашому тілі і всередині вас, але наступна інформація, швидше за все, стане для вас сюрпризом. Чи знаєте ви, що всередині вашого організму до того ж повно вірусів? Здивовані? Поспішаємо прояснити ситуацію.

Виявляється, наш геном наскрізь пронизаний вірусами, а точніше ретровирусами. “Ретро-” – не тому, що вік цих вірусів досягає 100 млн. років, а тому що з латинської “retro” перекладається як “зворотний” (характерною рисою сімейства є наявність у складі віріона РНК-залежної ДНК-полімерази, інакше званої зворотною транскриптазою).

Так як ретровіруси мають тільки РНК, вони змушені для відтворення вводити весь свій генетичний матеріал в ДНК хазяїна, як це робить найвідоміший в наш час ретровірус – вірус імунодефіциту людини ВІЛ, що викликає СНІД. Як тільки ретровірус потрапляє в клітину, він тут же виробляє ДНК-копію свого генома, яку вбудовує в ДНК клітини. Але найцікавіше відбувається тоді, коли ретровірус потрапляє в статеву клітину. У такому випадку, якщо носій встоїть перед атакою вірусу і виживе, вбудовану ДНК успадкують його майбутні покоління! Тепер для Вас не секрет, яким чином древні ретровіруси потрапили в нашу ДНК.

Залишки стародавніх інфекцій, які вразили статеві клітини і внесли зміни в генотип, називають ендогенними ретровірусами. Довгий час вважалося, що вірусні гени в ДНК людини не грають в житті наших клітин ніякої ролі, що вони так звана “темна матерія”, “сміттєва ДНК”. Але останні відкриття вчених змушують по-іншому поглянути на ці віруси, що мільйони років знаходяться в ув’язненні в нашому геномі.

Вірусні гени і стовбурові клітини

Виявляється, ендогенні ретровіруси грають не останню роль в стовбурових клітинах людини. Нещодавно таке відкриття зробили сінгапурські дослідники. Вони вивчали ендогенні ретровіруси підродини Н – HERV-H, які знаходяться в ембріональних стовбурових клітинах. З’ясувалося, що саме ці гени підтримують одну з основних функцій клітин – плюрипотентність.

Плюрипотентність (pluripotency, від лат. рlures – багато і potentia – сила, міць) – це те, завдяки чому стовбурові клітини дають початок будь-якому іншому типу клітин в нашому організмі. Для підтвердження своєї здогадки вчені провели простий експеримент, в ході якого професор Сіньюй Лу разом з колегами з Сінгапуру і Канади обробив стовбурові клітини спеціальною РНК, що подавляє активність генів HERV-H. Після цього клітини втратили свої стовбурові ознаки і стали схожі на сполучнотканинні фібробласти. Дослідники продовжили експерименти і виявили, що в оброблених таким чином стовбурових клітинах зменшилася активність білків, що відповідають за плюрипотентність.

Відкриття сінгапурських учених дає колосальні можливості для генної інженерії. Адже вчені давно шукають спосіб контролювати перехід клітин зі стовбуроого стану в диференційований і назад, а вірус HERV-H потенційно може дуже допомогти в цій справі.

Вірусні гени і багатоклітинні тканини

Більшість тканин і органів в нашому організмі (наприклад, шкіра, м’язи, кістки) складаються з клітин, які злилися разом і утворили одну велику клітку з безліччю ядер. Це відбувається за допомогою білків, під впливом яких руйнуються клітинні мембрани, клітини злипаються, а їх вміст перемішується.

Сьогодні відомі тільки два таких білка, хоча і вони довгий час залишалися загадкою. Один з них – синцитін – відкрили 15 років тому. Під його управлінням відбувається злиття клітин, які утворюють плаценту. Тоді ж і було виявлено, що ген синцитіна має вірусне походження. Ще один білок був відкритий два роки потому, але отримав менш звучну назву EFF-1. Рік тому вчені зробили ще одне відкриття: Фелікс Рей з Пастерівського інституту у Франції повідомив, що білки FF-сімейства, а відповідно, і білок EFF-1, в минулому теж були вірусними. Виявилося, що FF-1 дуже схожий з вірусними білками, за допомогою яких віруси зламують клітину перед проникненням. Особливо схожі у них якраз області, які працюють з клітинною мембраною. Тепер немає сумнівів, що механізм злиття і білки, за допомогою яких клітини зливаються одна з одною, багатоклітинні організми запозичили у вірусів.

Вчені будуть продовжувати дослідження: адже якщо два білки, що відповідають за утворення тканин в нашому організмі виявилися вірусного походження, можливо, й інші не стануть винятком?

Ретровіруси і головний мозок

Ще одне приголомшливе відкриття зробили вчені. Їм вдалося з’ясувати, що спадкові ретровіруси, які потрапили в наш геном мільйони років тому, відіграють важливу роль у створенні складних мереж, що характеризують мозок людини. Тобто практично вони допомагають формувати наше мислення, беручи участь в розвитку мозку!

«Ми вважаємо, що ретровіруси можуть пояснити, чому клітини мозку є настільки багатогранними за своїми функціями, а також чому ми всі такі різні,» – говорить шведський дослідник Йохан Якобсон з Лундського університету.

В одному з останніх досліджень фахівці встановили, що нейронні стовбурові клітини використовують спеціальний молекулярний механізм, за допомогою якого відбувається метилування ДНК – тобто включення і виключення ретровірусів. Контролює активацію генів білок TRIM28, який здатний вимикати ретровіруси за допомогою зворотного придушення гена, що носить назву гістонна модифікація. Коли дослідники видалили TRIM28 з деяких клітин, в тому числі, з печінки, мозку і білих кров’яних тілець, вони помітили зміни в експресії генів у мишей тільки в клітинах мозку. Це доводить, що механізм регулювання ендогенних ретровірусів в клітинах мозку відрізняється від механізмів, що діють в інших клітинах.

Величезне значення отриманих результатів очевидне. По-перше, вони проливають світло на деякі особливості еволюції головного мозку людини, а по-друге, відкривають шлях для подальших досліджень захворювань головного мозку, пов’язаних з генетичними факторами.

Ретровіруси і життя ембріона

Приготуйтеся, зараз найцікавіше. Виявилося, що з найперших днів (ще в утробі матері) ми з Вами знаходилися під захистом… все тих же вірусів! Вчені зі Стенфорда, крім батьківських ДНК, знайшли в триденних людських ембріонах дещо цікаве. З’ясувалося, що ембріон містить генну складову самого останнього ретровіруса під назвою HERVK, що проник в людський організм близько 200 тисяч років тому. Саме HERVK ми, можна сказати, зобов’язані життям.

У ході спостереження за вірусом вчені з’ясували, що він регулює генну активність клітин, діяльність рибосом і пов’язує деякі клітини РНК. Крім того, клітини цього вірусу виробляють особливий білок, який перешкоджає попаданню інших інфекцій в плід, що зародився в утробі матері, наприклад, захищає його від грипу. Таким чином, саме вірус оберігає людину від появи низки небезпечних недуг з перших днів.

Такого роду дослідження поступово змінюють точку зору вчених про ендогенні ретровіруси як про “генетичне сміття”. Все більше і більше дослідників схиляються до думки, що вони відіграють надзвичайно важливу роль в нашому організмі.