Люди на 8% состоят из вирусов - как древняя вирусная ДНК в нашем геноме играет роль в заболеваниях и развитии человекаЛюди на 8% состоят из вирусов - как древняя вирусная ДНК в нашем геноме играет роль в заболеваниях и развитии человека
Остатки древних вирусных пандемий в виде последовательностей вирусной ДНК, встроенных в наши геномы, все еще активны у здоровых людей, согласно новому исследованию, опубликованному 18 октября в журнале Plos Biology.
HERVs, или эндогенные ретровирусы человека, составляют около 8% человеческого генома, оставшись после инфекций, которым подверглись предки приматов миллионы лет назад. Они стали частью человеческого генома благодаря способу репликации. Подобно современному ВИЧ, эти древние ретровирусы должны были вставлять свой генетический материал в геном хозяина, чтобы реплицироваться. Обычно такой вирусный генетический материал не передается из поколения в поколение. Но некоторые древние ретровирусы приобрели способность инфицировать зародышевые клетки, такие как яйцеклетка или сперматозоид, которые передают свою ДНК будущим поколениям. Нацеливаясь на зародышевые клетки, эти ретровирусы в течение миллионов лет встраивались в геномы предков человека, что может повлиять на то, как исследователи сегодня проверяют и тестируют заболевания.
Вирусы встраивают свои геномы в организм хозяина в виде провируса. Сегодня в организме человека насчитывается около 30 различных видов эндогенных ретровирусов человека, что составляет более 60 000 провирусов в геноме человека. Они демонстрируют долгую историю многочисленных пандемий, которым подвергалось человечество в ходе эволюции. Ученые считают, что эти вирусы когда-то широко инфицировали население, поскольку они закрепились не только в геноме человека, но и в геномах шимпанзе, горилл и других приматов.
В ходе недавно проведенного исследования ученые показали, что гены HERV активны в больных тканях, таких как опухоли, а также во время эмбрионального развития человека. Но насколько активны гены HERV в здоровых тканях, до сих пор оставалось неизвестным. Чтобы ответить на этот вопрос авторы решили сосредоточиться на одной группе HERV, известной как HML-2. Эта группа является самой последней из активных HERV, вымерших менее 5 миллионов лет назад. Даже сейчас некоторые из его провирусов в геноме человека сохраняют способность производить вирусные белки.
Исследователи изучили генетический материал в базе данных, содержащей более 14 000 образцов донорских тканей из разных частей тела. Они искали последовательности, соответствующие каждому провирусу HML-2 в геноме, и обнаружили 37 различных провирусов HML-2, которые все еще активны. Все 54 проанализированных образца тканей имели некоторые признаки активности одного или нескольких из этих провирусов. Кроме того, каждый образец ткани содержал генетический материал по крайней мере одного провируса, который все еще мог производить вирусные белки.
Тот факт, что тысячи фрагментов древних вирусов все еще существуют в геноме человека и даже могут создавать белок, привлек значительное внимание исследователей, особенно с учетом того, что родственные вирусы, активные и сегодня, могут вызывать рак молочной железы и СПИД-подобные заболевания у животных. Вопрос о том, могут ли генетические остатки эндогенных ретровирусов человека вызывать заболевания у людей, все еще находится в стадии изучения. Исследователи обнаружили вирусоподобные частицы HML-2 в раковых клетках, а присутствие генетического материала HERV в больной ткани связывают с такими заболеваниями, как болезнь Лу Герига, или боковой амиотрофический склероз, а также рассеянный склероз и даже шизофрения.
Данное исследование открывает новый угол зрения на эти данные, показывая, что гены HERV присутствуют даже в здоровых тканях. Это означает, что присутствия РНК HERV может быть недостаточно, чтобы связать вирус с заболеванием. Важно, что это также означает, что гены или белки HERV больше не могут быть хорошими мишенями для лекарственных препаратов. HERV были изучены в качестве мишени для ряда потенциальных лекарств, включая антиретровирусные препараты, антитела против рака молочных желез и Т-клеточную терапию против меланомы. При лечении, использующем гены HERV в качестве биомаркера рака, необходимо будет также учитывать их активность в здоровых тканях.
С другой стороны, данное исследование также предполагает, что HERV могут быть даже полезны для людей. Самый известный HERV, встроенный в геномы человека и животных, синцитин, - это ген, происходящий от древнего ретровируса, который играет важную роль в формировании плаценты. Беременность у всех млекопитающих зависит от производного от вируса белка, кодируемого этим геном.
Аналогичным образом, мыши, кошки и овцы также нашли способ использовать эндогенные ретровирусы для защиты от первоначального древнего вируса, который их породил. Хотя эти встроенные вирусные гены не могут использовать механизмы хозяина для создания полноценного вируса, в организме циркулирует достаточное количество их поврежденных фрагментов, чтобы вмешаться в цикл репликации вируса-предка, если хозяин с ним столкнется. Ученые предполагают, что один из HERV мог играть эту защитную роль у людей миллионы лет назад. Исследование выявило еще несколько HERV, которые могли быть востребованы или кооптированы человеческим организмом гораздо позже для той же цели.
Таким образом, это исследование выявило ранее неизвестный уровень активности HERV в организме человека, что порождает новые вопросы. Нам еще многое предстоит узнать о древних вирусах, сохранившихся в геноме человека, в том числе о том, полезно ли их присутствие и какой механизм управляет их активностью. Также важно выяснить, превращаются ли какие-либо из этих генов в белки.
Ответы на эти вопросы могут выявить ранее неизвестные функции этих древних вирусных генов и помочь исследователям лучше понять, как человеческий организм реагирует на эти следы древних пандемий.
