Учёные открыли новые функции вирусных генов в человеческом геноме

Исследование экспрессии вирусной ДНК в геноме человека углубляет понимание человеческой эволюции и эмбрионального развития.

Исследователи из Института генома Сингапура (GIS) A*STAR обнаружили, что последовательности древних вирусов, считавшиеся бесполезными, могут вносить вклад в формирование самых ранних типов клеток в жизненном цикле человека. Эти вновь открытые вирусные элементы можно использовать для идентификации новых типов эмбриональных стволовых клеток, что расширяет возможности для понимания развития человека и болезней.

Речь идёт о последовательностях, похожих на ретровирусы, но являющихся частью генома человека — эндогенных ретровирусах (ERV). Активируясь, ERV могут повторно встраивать свою ДНК в геном человека. Поскольку они в основном размножают собственную ДНК, их иногда называют «эгоистичной ДНК». Их «эгоизм» потенциально опасен, так как может разрушать гены, важные для жизни человека. Однако, как описано в недавнем исследовании в Cell Stem Cell, многие ERV активны в клетках ранних эмбрионов, и в ходе эволюции они, возможно, стали полезными.

Активные гены транскрибируются в РНК. Исследуя РНК в клетке, учёные обнаружили, что многие из них происходят из регионов генома, являющихся ERV. «Мы наблюдали не изолированные события, а систематическую активацию этих ERV. Каждый тип клеток демонстрировал транскрипцию определённых классов, что вряд ли может происходить случайно», — пояснил руководитель исследования, доктор Джонатан Гёке.

Многие элементы ERV — лишь фрагменты полных вирусов. Они сохраняют последовательность активации, но производимая ими РНК может сильно отличаться от РНК ретровирусов. Во многих случаях эти ERV-РНК даже становятся частью РНК, сгенерированных другими генами. Таким образом, ERV, возможно, эволюционировали, чтобы получить новую функцию, став частью «чертежа» человеческой жизни.

ERV играют роль в таких заболеваниях, как рак. Поскольку многие ERV не экспрессируются в наиболее широко используемых клеточных моделях и отсутствуют у мышей, их функция до конца не изучена. Исследователи показали, что часть ERV, функционирующая как активатор, может использоваться для идентификации клеток, экспрессирующих эти семейства ERV. Такие клетки могут помочь преодолеть ограничения текущих моделей для изучения роли ERV в развитии и болезнях.

«Теперь главный вопрос — что они на самом деле делают», — отметил доктор Гийом Бурк, много лет изучающий ERV. Из исследований с эмбриональными стволовыми клетками человека известно, что ERV стали необходимыми, поэтому вполне вероятно, что ERV, описанные в этом исследовании, вносят вклад в развитие человека.

Результаты открывают новые возможности для понимания того, чем и почему эмбриональные клетки отличаются от взрослых, и какую роль играют эти вновь обнаруженные ERV-гены. Некоторые ERV могут быть вовлечены в формирование болезней, например, рака.

Команда доктора Гёке планирует развивать исследование: разрабатывать алгоритмы для идентификации дополнительных ERV в геноме человека и выделять клетки, экспрессирующие эти ERV-РНК, чтобы изучить их функцию и вклад в человеческие заболевания.