Древняя вирусная ДНК в геноме человека защищает от инфекций

Согласно новому исследованию, вирусная ДНК в геномах человека, встроенная в него из древних инфекций, служит противовирусными препаратами, которые защищают клетки человека от некоторых современных вирусов. Статья «Эволюция и противовирусная активность человеческого белка ретровирусного происхождения», опубликованная в журнале Science, предоставляет доказательство этого эффекта.

Предыдущие исследования показали, что фрагменты древней вирусной ДНК, называемые эндогенными ретровирусами, в геномах мышей, кур, кошек и овец обеспечивают иммунитет против современных вирусов, которые возникают вне организма, блокируя их проникновение в клетки-хозяева. Хотя это исследование было проведено с культурой клеток человека в лаборатории, оно показывает, что противовирусный эффект эндогенных ретровирусов, вероятно, существует и для людей.

Исследование важно, потому что дальнейшие исследования могут выявить пул природных противовирусных белков, которые позволяют проводить лечение без аутоиммунных побочных эффектов. Работа раскрывает возможность системы защиты генома, которая не была охарактеризована, но может быть весьма обширной.

«Результаты показывают, что в геноме человека у нас есть резервуар белков, которые могут блокировать широкий спектр вирусов», — сказал один из авторов исследования профессор молекулярной биологии и генетики в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни Седрик Фешотт. 

Эндогенные ретровирусы составляют около 8% генома человека — по крайней мере, в четыре раза больше ДНК, из которой состоят гены, кодирующие белки. Ретровирусы вводят свою РНК в клетку-хозяин, которая преобразуется в ДНК и интегрируется в геном хозяина. Затем клетка следует генетическим инструкциям и производит больше вируса.

Таким образом, вирус захватывает механизм транскрипции клетки, чтобы реплицироваться. Как правило, ретровирусы заражают клетки, которые не передаются из поколения в поколение, но некоторые из них заражают зародышевые клетки, такие как яйцеклетки или сперматозоиды, что открывает дверь для ретровирусной ДНК, которая передается от родителей к потомству и в конечном итоге становится постоянным приспособлением в организме хозяина.

Чтобы ретровирусы проникли в клетку, белок вирусной оболочки связывается с рецептором на поверхности клетки, подобно ключу в замке. Оболочка также известна как шиповидный белок для некоторых вирусов, таких как SARS-CoV-2.

В своем исследовании учены использовали компьютерную геномику для сканирования генома человека и каталогизации всех потенциальных последовательностей, кодирующих белок оболочки ретровируса, которые могли сохранить активность связывания с рецептором. Затем они провели дополнительные тесты, чтобы определить, какие из этих генов активны, то есть экспрессируют продукты генов оболочки ретровируса в определенных типах клеток человека.

«Мы обнаружили явные доказательства экспрессии, — сказал Фешотт, — и многие из них экспрессируются в ранних эмбрионах и в зародышевых клетках, а часть экспрессируется в иммунных клетках при инфекции».

После того, как исследователи идентифицировали белки антивирусной оболочки, экспрессирующиеся в различных контекстах, они сосредоточились на одном из них, Suppressyn, поскольку было известно, что он связывает рецептор, называемый ASCT2, клеточную точку входа для разнообразной группы вирусов, называемых ретровирусами типа D. Супрессин показал высокий уровень экспрессии в плаценте и в очень раннем эмбриональном развитии человека.

Затем они провели эксперименты с клетками, подобными плаценте человека, поскольку плацента является распространенной мишенью для вирусов.

Клетки подверглись воздействию ретровируса типа D, называемого RD114, который, как известно, естественным образом заражает представителей семейства кошачьих, таких как домашняя кошка. В то время как другие типы клеток человека, не экспрессирующие Suppressyn, могут быть легко инфицированы, плацентарные и эмбриональные стволовые клетки не инфицируются. Когда исследователи экспериментально истощили плацентарные клетки Suppressyn, они стали восприимчивы к инфекции RD114; когда Супрессин был возвращен в клетки, они восстановили устойчивость.

Кроме того, исследователи провели обратные эксперименты, используя линию клеток эмбриональной почки, обычно восприимчивую к RD114. Клетки стали устойчивыми, когда исследователи экспериментально ввели Suppressyn в эти клетки.

Исследование показывает, как один человеческий белок ретровирусного происхождения блокирует клеточный рецептор, который позволяет вирусу проникать и заражаться широким спектром ретровирусов, циркулирующих во многих нечеловеческих видах. Таким образом, по словам Фешотта, древние ретровирусы, интегрированные в геном человека, обеспечивают механизм защиты развивающегося эмбриона от заражения родственными вирусами.

По его словам, будущая работа будет посвящена изучению противовирусной активности других белков оболочки, закодированных в геноме человека.