CentralAsia (CA) — Геном человека состоит из 23 пар хромосом — биологических «чертежей», которые делают человека… ну, человеком. Но оказывается, что часть нашей ДНК — около 8% — представляет собой остатки древних вирусов, внедрившихся в наш генетический код в ходе эволюции человека, пишет CNN.
Эти древние вирусы находятся в участках нашей ДНК, называемых мобильными элементами (МЭ), также известных как «прыгающие гены» из-за их способности копировать и вставлять себя по всему геному. МЭ, составляющие почти половину нашего генетического материала, когда-то считались «мусорной» ДНК – последовательностями, не имеющими, по-видимому, биологической функции. Новое исследование подтверждает гипотезу о том, что эти древние вирусные остатки играют ключевую роль на ранних этапах развития человека и, возможно, были вовлечены в нашу эволюцию.
Секвенируя TE, международная группа исследователей выявила скрытые закономерности, которые могут иметь решающее значение для регуляции генов – процесса включения и выключения генов. Результаты были опубликованы 18 июля в журнале Science Advances.
«Наш геном был секвенирован давно, но функции многих его частей остаются неизвестными», — заявил соавтор исследования доктор Фумитака Иноуэ, доцент кафедры функциональной геномики Киотского университета в Японии. « Считается , что мобильные элементы играют важную роль в эволюции генома, и ожидается, что их значение станет более очевидным по мере развития исследований».
Изучение того, как ТЕ активируют экспрессию генов, имеет множество преимуществ. Это может помочь учёным понять роль этих последовательностей в эволюции человека, выявить возможные связи между ТЕ и заболеваниями человека или научить исследователей воздействовать на функциональные ТЕ в генной терапии, считает ведущий исследователь, доктор Сюнь Чэнь, специалист по вычислительной биологии и главный исследователь Шанхайского института иммунитета и инфекций Китайской академии наук.
«С помощью дополнительных исследований мы надеемся выяснить, как TE, особенно ERV (эндогенные ретровирусы, или древняя вирусная ДНК), делают нас людьми», — добавил Чен в электронном письме.
Встроенная древняя вирусная ДНК
Когда наши предки-приматы заражались вирусами, последовательности вирусной генетической информации реплицировались и внедрялись в различные места хромосом хозяина.
«Древние вирусы эффективно внедряются в геномы наших предков, и их остатки становятся важной частью нашего генома. Наш геном выработал множество механизмов для контроля этих древних вирусов и устранения их потенциального пагубного воздействия», — написала в электронном письме доктор Линь Хэ, молекулярный биолог и профессор кафедры Томаса и Стейси Сибел по исследованиям стволовых клеток Калифорнийского университета в Беркли.
В большинстве случаев эти древние вирусы неактивны и не вызывают беспокойства, но исследования последних лет показали, что некоторые транспозируемые элементы могут играть важную роль в развитии заболеваний человека. Исследование, проведённое в июле 2024 года , изучало возможность подавления активности некоторых транспозонов для повышения эффективности лечения рака.
«В ходе эволюции некоторые вирусы деградируют или исчезают, некоторые в значительной степени подавляются в процессе нормального развития и физиологии, а некоторые адаптируются для использования в геноме человека», — сказал Хе, не принимавший участия в новом исследовании. «Хотя они воспринимаются как исключительно вредоносные, некоторые древние вирусы могут стать частью нас, предоставляя сырьё для геномных инноваций».
Однако из-за своей повторяющейся природы мобильные элементы, как известно, трудно изучать и организовывать. Хотя последовательности TE классифицируются по семействам и подсемействам в зависимости от их функций и сходства, многие из них плохо документированы и классифицированы, «что может существенно повлиять на их эволюционный и функциональный анализ», — сказал Чэнь.
Влияние древних вирусов на развитие и эволюцию человека
Новое исследование было сосредоточено на группе последовательностей TE, называемых MER11, обнаруженных в геномах приматов. Используя новую систему классификации и анализируя активность генов ДНК, исследователи выявили четыре ранее неизвестных подсемейства.
Было обнаружено, что последняя интегрированная последовательность, получившая название MER11_G4, обладает выраженной способностью активировать экспрессию генов в стволовых клетках человека и нервных клетках на ранней стадии развития. Согласно заявлению Киотского университета, это открытие указывает на то, что это подсемейство TE играет роль в раннем развитии человека и может «существенно влиять на реакцию генов на сигналы развития или факторы окружающей среды».
Исследование также предполагает, что вирусные ТЕ сыграли свою роль в эволюции человека. Прослеживая изменения ДНК с течением времени, исследователи обнаружили, что подсемейство по-разному эволюционировало в геномах разных животных, внося вклад в биологическую эволюцию , которая привела к появлению людей, шимпанзе и макак .
«Понимание эволюции нашего генома — один из способов понять, что делает людей уникальными», — сказал Хе. «Это даст нам инструменты для понимания биологии человека, генетических заболеваний человека и эволюции человека».
Чэнь отметил, что до сих пор неясно, как именно эти ТЕ были вовлечены в эволюционный процесс. Он также добавил, что другие ТЕ, которые ещё не идентифицированы, могли играть определённую роль в эволюционном процессе приматов.
«Исследование открывает новые возможности и открывает потенциальные точки опоры для понимания роли TE в формировании эволюции наших геномов», — заявил доктор Стив Хоффманн, специалист по вычислительной биологии из Института старения имени Лейбница в Йене (Германия), не принимавший участия в исследовании. Исследование также «подчеркивает, как много ещё предстоит узнать о типе ДНК, когда-то оклеветанном как молекулярный нахлебник», — добавил он в электронном письме.
Хоффманн был ведущим исследователем научной статьи, впервые опубликовавшей почти полную геномную карту гренландской акулы , самого долгоживущего позвоночного в мире, способного доживать до 400 лет. Геном акулы более чем на 70% состоял из генов прыжковой активности, в то время как геном человека состоит менее чем на 50%. Хотя геномы приматов отличаются от геномов акул, «исследование предоставляет дополнительные доказательства потенциального влияния генов прыжковой активности на регуляцию генома» и «представляет собой сообщение, актуальное для всех исследователей генома», — сказал Хоффманн.
Исследуя, как эволюционировали геномы, исследователи могут определить, какие последовательности ДНК остались неизменными, какие были утрачены со временем, а какие появились совсем недавно.
«Учёт этих последовательностей часто критически важен для понимания, например, того, почему у людей развиваются заболевания, а у некоторых животных — нет», — сказал Хоффманн. «В конечном счёте, более глубокое понимание регуляции генома может помочь в разработке новых методов лечения и вмешательств».