Исследование утверждает, что эндогенные ретровирусы способствуют генетическому разнообразию и видообразованию, - пишет eurekalert.org.
Пока мир пытается контролировать растущую пандемию коронавируса COVID-19, новое исследование в Nature Structural&Molecular Biology показывает, что вирусы также играют ключевую эволюционную роль в способности млекопитающих воспроизводиться и выживать.
Ученые Детского перинатального института Цинциннати и Университета Азабу в Японии получили свои данные, изучая лабораторных мышей и человеческие зародышевые клетки.
В двух отдельных статьях, опубликованных в одном выпуске журнала, они раскрывают два разных фундаментальных процесса, лежащих в основе транскриптомов зародышевой линии. Они также показывают, что видоспецифические транскриптомы точно настраиваются эндогенными ретровирусами в зародышевой линии млекопитающих.
Транскриптомы зародышевой линии включают всю информационную РНК в клетках зародышевой линии, которые содержат мужскую или женскую половину хромосом, передаваемых в качестве наследственного генетического материала потомству при спаривании видов. Это означает, что транскриптомы зародышевой линии определяют уникальный характер сперматозоидов и яйцеклеток для подготовки к следующему поколению жизни.
По словам Сатоши Намекавы - главного исследователя обеих статей и ученого из отдела репродуктивной науки Детского центра Цинциннати, хотя исследования проводятся отдельно, они дополняют друг друга.
«В одной статье, Маэдзава и Сакашита и др., исследуются суперэнхансеры, которые представляют собой надежные и эволюционно консервативные генные регуляторные элементы в геноме. Они подпитывают строго регулируемый всплеск важных генов зародышевой линии по мере того, как начинает формироваться сперма, - сказал Намекава. - Второе исследование Сакашита и других авторов включает эндогенные ретровирусы, которые действуют как другой тип энхансера - генные регуляторные элементы в геноме - для управления экспрессией вновь возникших генов. Это помогает точно настроить видоспецифичные транскриптомы у млекопитающих, таких как люди, мыши и другие.
По словам ученых, в совокупности эти исследования имеют значительные потенциальные разветвления для клинической практики, в состав которых входят многопрофильные биологи, биоинформатики и иммунобиологи. Нарушение регуляции экспрессии генов при образовании мужской спермы тесно связано с мужским бесплодием и врожденными дефектами.
Исследователи сообщают, что вирусы, особенно эндогенные ретровирусы (ERV), которые являются неотъемлемой частью биологии млекопитающих, могут существенно влиять на экспрессию генов. ERV - это молекулярные остатки ретровирусов, которые инфицируют организм и со временем включаются в геном.
«Из нашего исследования мы узнали, что в целом вирусы играют важную роль в развитии, - пояснил Намекава. - В долгосрочной перспективе вирусы положительно влияют на наш геном и формируют эволюцию».
В исследовании Маезава, Сакашита и других биологическое тестирование моделей мышей и клеток зародышевой линии человека сочетается с компьютерной биологией, включая полногеномное профилирование регуляторных элементов генов в клетках зародышевой линии.
Эти тесты показали, что реорганизация суперэнхансеров по всему геному вызывает всплески экспрессии генов зародышевой линии после того, как половые клетки входят в мейоз - особую форму клеточного деления, которая производит гаплоидный геном половых клеток.
Исследование также демонстрирует молекулярный процесс, посредством которого в половых клетках происходит переключение суперэнхансеров. Суперэнхансеры регулируются двумя молекулами, которые действуют как переключатели контроля генного взрыва - фактором транскрипции A-MYB и SCML2 - критическим белком, подавляющим образование сперматозоидов.
Эндогенные ретровирусы - это группа транспортируемых элементов - мобильных генетических элементов, которые составляют примерно 40-50 процентов генома данного млекопитающего. Также называемые «прыгающими генами», транспортируемые долгое время считались генетическими угрозами, потому что транспозиция может быть вредной, если, например, процесс нарушает гены, кодирующие белок.
Основываясь на выводах 1950-х годов о том, что транспортируемые
элементы могут функционировать как генетические регуляторные
элементы, Намекава и его сотрудники получили данные,
показывающие, что механизмы, управляемые ERV, помогают точно
настраивать видоспецифичные транскриптомы.
[Фото: ru.123rf.com/profile_ismagilov]
