Десятки древних вирусов «включаются» в здоровых клетках нашего тела

Следы древних вирусов разбросаны по всему геному человека, встроенные в структуру ДНК. Ученые уже знали, что некоторые из этих вирусных артефактов могут «активироваться» в раковых клетках и потенциально способствовать прогрессированию заболевания, но теперь новое исследование показывает, что вирусы активны и в десятках здоровых тканей.

«15 или 20 лет назад считалось, что почти все эти эндогенные ретровирусы, находящиеся в геноме, а их тысячи, в нормальных тканях молчат», — сказал Мэтью Бендалл, доцент кафедры компьютерных биологических исследований в медицине Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке. «Они были отнесены к этой категории «мусорной ДНК», части нашего генома, которые не имеют никакой функции».       

Это предположение было поставлено под сомнение в последние шесть лет или около того, поскольку ученые разработали более чувствительные методы изучения активации генов. Но самые последние исследования были сосредоточены только на активации древнего вируса в раковых опухолях и в небольшом количестве здоровой ткани рядом с этими опухолями. Новое исследование, опубликованное недавно в журнале PLOS Biology, дает более широкое представление о том, насколько активны эти остатки вируса в организме.

«Это исследование действительно является одним из первых взглядов на то, что происходит в нормальных тканях», — сказал Бендалл. «Мы все экспрессируем во всех наших тканях, во всех наших клетках некоторые из этих вирусных остатков, и я думаю, что это исследование действительно важно, чтобы показать это».

Новое исследование привлекло данные из проекта Genotype Tissue and Expression (GTEx), базы данных, которая включает образцы тканей, взятые после смерти почти у 950 человек. Эти образцы включают 54 типа здоровых тканей, обнаруженных по всему телу, в том числе в головном мозге, сердце, почках, легких и печени. 

Чтобы создать базу данных, исследователи проанализировали эти ткани, чтобы увидеть, какие из их генов были «включены», о чем свидетельствует присутствие в их клетках специфических нитей РНК. РНК, молекулярный родственник ДНК, копирует инструкции из участков генома, а затем передает их на своего рода фабрики по производству белков в клетках, чтобы те могли выкачивать необходимые белки. Некоторые молекулы РНК выполняют в клетке другие функции, в том числе помогают строить эти новые белки или включать и выключать гены.    

В обширной базе данных GTEx авторы исследования искали доказательства существования активных «человеческих эндогенных ретровирусов» (HERV), то есть кусочков древних вирусов, вплетенных в геном. В частности, они проверили группу HERV под названием «HML-2», которая была введена в человеческую родословную относительно недавно — по крайней мере, по эволюционным стандартам. При этом некоторым из самых молодых примеров вирусов HML-2 всего несколько сотен тысяч лет, и они обнаружены только в геноме человека, а это означает, что они не обнаружены ни у одного из наших родственников-приматов.

Авторы обнаружили в базе данных GTEx доказательства наличия активных вирусов HML-2 во всех 54 типах здоровых тканей, но самые высокие уровни активации были выявлены в мозжечке, расположенном сразу за стволом мозга.

Что эти вирусы делают в здоровых тканях, до сих пор остается загадкой, и ответ, вероятно, различен для каждого типа ткани. 

«Почему мозжечок отличается от коры? Я думаю, что это открытый вопрос», — сказал Бендалл. Но неудивительно, что некоторые ткани показали большую степень и разнообразие активации HML-2, чем другие, пояснил он.

Бендалл отметил, что при включении HERV вирусные фрагменты не дают цельных, функциональных вирусов, способных инфицировать клетки. Скорее, их активация обычно побуждает клетку строить специфические молекулы РНК, которые затем могут побуждать клетку строить белки. Например, один тип HERV, присутствующий у приматов, в том числе у людей, вырабатывает белок, который является ключевым для построения плаценты.

Ученые все еще работают над тем, чтобы выяснить, как большинство этих древних вирусов влияют на биологию человека. Авторы исследования написали, что наличие исчерпывающих данных о том, чем занимаются вирусы в здоровых тканях, дает основу для сравнения с больными клетками.

Некоторые ученые предположили, что HERV могут действовать как потенциальные биомаркеры рака, что означает измеримый сигнал, который врачи могут использовать для скрининга заболевания. Кроме того, некоторые HERV теоретически могут служить мишенями для лечения рака, если будет обнаружено, что они уникальны для определенных типов опухолей. Но чтобы использовать HERV таким образом, ученым необходимо знать, как HERV ведут себя в здоровых клетках по сравнению с раковыми.

По словам Бендалла, в последующей работе должны быть рассмотрены эндогенные семейства ретровирусов, помимо HML-2. Это важная работа, ведь в наших геномах скрываются еще десятки типов древних вирусов, которые все еще ждут своего исследования.