В то время как 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 клетки зародышевой линии человека.
В двух отдельных статьях, опубликованных в одном выпуске журнала, они раскрывают два разных и 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 в себя 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.
Хотя исследования проводятся отдельно, они дополняют друг друга, по словам Сатоши Намекавы, доктора философии, главного исследователя обеих статей и ученого из отдела репродуктивной науки в Cincinnati Children’s.
«В 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, Sakashita et al., включает эндогенные ретровирусы, которые действуют как еще один 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 так далее.
Клиническая значимость
По словам авторов исследования, в совокупности эти исследования имеют значительные потенциальные разветвления для клинической практики, которые включают многопрофильную группу биологов развития, биоинформатиков и иммунобиологов. 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».
Переключатель Super-Enhancer
В исследовании Maezawa и Sakashita et al. 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 супер-энхансеров 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.
TE и прыгающие гены
Эндогенные ретровирусы – это группа мобильных элементов (TE), мобильных генетических элементов, которые составляют примерно 40-50 процентов генома данного млекопитающего. Также называемые «прыгающими генами», TE 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 TE могут функционировать как генетические регуляторные элементы , Намекава и его сотрудники (Sakashita et al.) Получили данные, показывающие, что механизмы, управляемые ERV, помогают точно настраивать видоспецифичные транскриптомы.
Источник: медицинский центр Цинциннати
Фото: медицинский центр Цинциннати