Ген человека, украденный поксвирусом, демонстрирует невиданное ранее поведение

Фото из открытых источников

Обнаруженный в поксвирусе человеческий ген демонстрирует поведение, ранее не наблюдавшееся генетиками. Это не только первый случай, когда сегмент ДНК, известный как «прыгающий ген», является одновременно активным и подвижным, но и первый зарегистрированный случай, когда один из таких генов перескочил из генома человека в геном человеческого вируса. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Science.

Нам может казаться, что ДНК стабильна и неподвластна изменению, но это далеко не так. Наша ДНК часто изменяется в результате таких процессов, как мутации, а также в результате воздействия так называемых транспозабельных элементов (ТЭ). 

Эти участки ДНК, известные как «прыгающие гены», могут быть вырезаны из генома и затем помещены в новые регионы, то есть они многократно повторяются.

Почти половина вашей ДНК состоит из транспозонных элементов, что демонстрирует их необычайную эффективность, хотя они лишь изредка приносят какую-либо пользу. Однако, если бы гены могли размножаться бесконечно, геномы стали бы большими и громоздкими, поэтому способность к скачкообразному перемещению встречается редко. 

Иногда транспозонные элементы оставляют позади свою свободную жизнь и становятся продуктивными членами генома организма, помогая ему выживать в процессе, известном как экзаптация. 

Ген BC200 человека — хорошо известный тому пример. Ген BC200 присутствует в генеалогическом древе приматов около 40 миллионов лет, широко распространен в геномах большинства приматов и преимущественно экспрессируется в клетках нашего мозга.

Этот ген, ранее являвшийся генетическим «безбилетником», теперь транскрибируется в некодирующую РНК, которая в большом количестве присутствует в дендритах приматов — длинных отростках нейронов.

Точная роль РНК BC200 в нейронах приматов до сих пор остается загадкой, но почти наверняка она важна. Также было обнаружено, что в мозге людей с болезнью Альцгеймера наблюдается избыток этой РНК, что говорит о том, что ее присутствие — это палка о двух концах.

Однако самое удивительное здесь то, что исследователи обнаружили не одну, а две независимые копии гена BC200 в человеческом поксвирусе. 

Присутствие человеческого гена BC200 в поксвирусе «размывает грань между геном и транспозоном», пишут авторы этого последнего исследования. Это связано с тем, что до сих пор никто не находил ген, который одновременно являлся бы мобильным транспозоном и был бы необходим для функционирования организма. 

К счастью, речь идёт о вирусе оспы — вирусе контагиозного моллюска (MCV), который вызывает некрасивые высыпания, но редко представляет опасность. Это значит, что мы можем сосредоточиться на том, что это открытие говорит нам об этом гене, не испытывая двойного чувства вины из-за того, что наша собственная ДНК используется для причинения нам вреда.

Известно, что вирусы оспы иногда копируют гены видов, которых они поражают. Доктор Седрик Фешотт из Корнельского университета и его соавторы сравнили вирус MCV, который поражает только людей, с известными последовательностями генома человека и обнаружили два примера, которые, по-видимому, основаны на гене BC200. 

Дальнейшие исследования ученых подтвердили их подозрение, что ген BC200, выделенный у человека, инфицированного вирусом MCV, внедрился в вирус. 

Однако, как ни удивительно, две отдельные последовательности гена BC200, обнаруженные командой в вирусе, по-видимому, являются продуктами независимых переносов, произошедших с разницей в тысячи лет.

«Геномы поксвирусов демонстрируют высокую скорость делеций, которая должна быстро удалять все несущественные последовательности и приводит к частой потере генов», — пишут авторы.

Тот факт, что одна из вставок BC200 произошла не менее 25 000 лет назад, а другая — не менее 31 000 лет назад, говорит о том, что вирус также находит эти гены полезными. 

Поскольку вирус MCV находится в самом низу списка вирусов, которые нам необходимо уничтожить, авторов меньше интересует, как использовать ген BC200 против MCV, и больше — что это открытие говорит о генетической гибкости.

Было зафиксировано еще несколько случаев, когда гены перескакивали от хозяина к вирусу. Первый из них произошел с мотыльком, а второй — с грызуном. 

В данном случае это был первый случай обнаружения подобного гена у позвоночных, но еще более поразительным было то, что ген вируса, поражающего грызуна, изначально произошел от... змеи. 

«Думаю, на тот момент это был первый и единственный случай, когда явно позвоночный транспозонный элемент проник в вирус в дикой природе», — говорится в заявлении Фешотта. 

Обнаружив белок BC200 в MCV, авторы затем исследовали, не обосновался ли он недавно в нашем собственном геноме. И пришли к выводу, что да. 

«У всех исследованных видов приматов, содержащих ген BC200, накопились десятки и сотни специфических для данной линии вставок BC200», — сообщают они. Это относится и к недавним случаям среди людей.

Ранее генетики рассматривали функциональные гены, выполняющие какую-либо полезную роль, и активные транспозоны как отдельные явления. То есть гены могли быть «свободными от ограничений», но как только они стабилизировались и начали вносить вклад в ДНК организма, эти ограничения исчезали.

Подобное явление ранее не наблюдалось у людей, и наиболее близкой параллелью, о которой им известно, является ген BC1 у грызунов.