Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • AI_Conference
  • Vitacoin

Полезный мусор

«Мусорную ДНК» не стоит выбрасывать!

Александра Брутер, Полит.ру

В 60-70-х годах, на заре геномных исследований был придуман и отлично прижился термин «мусорная ДНК» (junk DNA). Термин этот появился, когда стало понятно, что куча мутаций вообще не вызывает никаких изменений в фенотипе, а это означало, что не вся ДНК кодирует белки. В геноме человека белки кодирует примерно 2% ДНК. Поскольку все непонятное легко и приятно объявлять ненужным, за всей остальной ДНК закрепилось название «мусорной». За последнее десятилетие, правда, процент мусорной ДНК в человеческом геноме заметно сократился, и дело тут не в стремительной эволюции человеческого генома, а в более пристальных исследованиях оставшихся 98%.

Роли одной из разновидностей не кодирующей белков ДНК – эндогенным ретровирусам – в развитии нервных клеток посвящена статья, опубликованная в Cell Reports (Fasching et al., TRIM28 Represses Transcription of Endogenous Retroviruses in Neural Progenitor Cells).

Клетки, из которых состоит нервная система, очень разные. Одних только нейронов насчитывается больше тысячи видов. При этом, естественно, геномы их одинаковы как между собой, так и с подавляющим большинством других клеток организма. Возникает вопрос, как эти различия появляются. Чтобы клетки были разными, нужно чтобы в них (хотя бы на стадии развития) гены были по-разному активны, то есть синтезировались разные белки.

Основным методом регуляции активности генов сегодня считается химическая модификация, метилирование – присоединение метильных групп атомов к некоторым цитозинам – составным элементам ДНК. Кроме этого существует много разновидностей регуляторных РНК. Обычно они взаимодействуют с уже синтезированной матричной ДНК, соответствующей гену, и вызывают ее деградацию, таким образом делая ген неактивным.

В последнее время появились свидетельства, что входящие в состав геномов почти всех сложных организмов в большом количестве бывшие вирусы тоже играют роль в регуляции активности генов.

Эндогенные ретровирусы составляют примерно 8-10% генома человека и мыши. Откуда они вообще там взялись? Когда вирус заражает клетку, он встраивает свой геном в ДНК клетки. Если это патогенный вирус, вызывающий острое заболевание, он начинает во всю размножаться, клетке делается плохо, с одной стороны, ей вредит вирус, с другой стороны, ее атакует иммунная система, обнаруживающая на поверхности клетки вирусные частицы. Вероятно, такая клетка погибнет, и ее копии вирусной ДНК исчезнут из организма. Но иногда заражение клетки вирусом происходит без всех этих эффектов или клетка почему-то выживает. Некоторые патогенные вирусы, например, ВИЧ, заражают не только T4-лимфоциты, которые со временем погибнут, но и другие клетки, в которых хранятся резервные копии. Проблема терапии ВИЧ как раз и заключается в том, что лекарства не способны уничтожить клетки, содержащие покоящуюся вирусную ДНК в геноме. Вообще говоря, если вирус не очень заразен, и одним чихом заболевший не может заразить полвагона метро, ему выгодно вести себя тихо и жить долго у одного хозяина.

Иногда бывает так, что вирус встраивает свой геном, не в соматическую клетку, а в клетку половой линии. Если именно эта клетка примет участие в процессе оплодотворения, и из нее разовьется новый организм, то все его клетки будут содержать свою копию вирусного генома. В дальнейшем эта копия может передаваться по наследству. Так, за много лет эволюции живой природы у некоторых видов накопилось очень много вирусных последовательностей в геноме.

Разумеется, чтобы организм был жизнеспособен, вирусные последовательности должны стать неактивными. Обычно так и происходит, но инактивация иногда бывает неполной. Например, иногда активизация вирусов приводит к удвоениям генов в геноме – вирус создает свою копию и прихватывает ген с собой. Удвоение генов играет большую роль в эволюции, потому что одна из полученных копий перестает испытывать давление отбора и может свободно мутировать, не влияя на фенотип.

Оказалось, что неактивные вирусные фрагменты могут содержать активные последовательности, запускающие или подавляющие синтез РНК с близлежащих генов. Вообще-то такая активность таит в себе опасность выхода из-под контроля определенных генов и возникновения опухолей. Но было показано, что вирусные элементы заметно активизируются в нервных клетках во время их развития. На самых ранних этапах развития белок TRIM28 подавляет активность вирусных элементов. Неполадки в работе этого белка считались связанными с некоторыми психическими расстройствами, например, пониженной стрессоустойчивостью.


Схема из статьи в Cell Reports – ВМ

В обычных клетках TRIM28 нужен только на первом этапе, даже если потом его выключить, вирусные элементы не активизируются снова. В нервных стволовых клетках все происходит иначе. Без постоянного присмотра этого белка некоторые ретровирусы активировались сами и начинали регулировать активность соседних генов. Полное выключение TRIM28 для мышей оказалось летальным, а выключение одной копии гена – привело к расстройствам поведения, в частности – гиперактивности.

Похоже, что вирусные последовательности, хотя и попали в геном совершенно случайно, и казались раньше ученым мусором, были все же в ходе эволюции приставлены к делу – регулировать активность генов там, где химические модификации ДНК по какой-то причине не подходят.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
14.01.2015

Читать статьи по темам:

вирус геномика экспрессия генов Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

В ДНК остается все меньше мусора

Одна из последовательностей ДНК, которая относилась к некодирующим («мусорным») участкам, оказалась замешана в синтез одного из важнейших белков человеческого организма.

читать

Вирусы отрегулировали человека

Сложной системой регулирования организма на уровне ДНК человек, возможно, обязан ретровирусам – дальним родственникам ВИЧ. Похоже, именно они дали «гену-императору» приматов, управляющему генной экспрессией у обезьян и человека, его нынешний статус.

читать

С переднего края науки: на прошлой неделе в Science, Nature и PNAS

Наиболее интересные публикации в последних выпусках ведущих мировых научных изданиях Science, Nature и PNAS по мнению обозревателей сайта Genomeweb.

читать

Новый онколитический вирус

Установлено, что безопасный для человека и лабораторных животных вирус М1 способен вызывать деструкцию и лизис клеток различных злокачественных опухолей человека.

читать

Вакцина против Эболы: предварительные результаты

Учёные из Национальных институтов здоровья США сообщили об успешных результатах первого тестирования на людях экспериментальной вакцины против вируса Эбола, разрабатываемой компанией GlaxoSmithKline.

читать

Вирус слабоумия?

В отличие от многих других вирусов, перешедших к людям от животных, вирус ATCV-1 попал к нам от водорослей. Но пока что ни в чём серьёзном он замечен не был – если не считать лёгкого ослабления некоторых функций мозга.

читать