Древна вирусна ДНК може би играе ключова роля за ранното човешко развитие

Акценти

Човешкият геном е съставен от 23 двойки хромозоми, които са характерни само за човека. Оказва се обаче, че около 8% от нашата ДНК са останки от древни вируси, които са се запечатали в генетичния код в хода на човешката еволюция. Те са разположени в участъци на ДНК, наречени транспозони (TE), или „подскачащи гени“ заради способността им да се копират и позиционират на различни места в генома. TE, които съставляват близо половината от генетичния ни материал, в миналото са били смятани за „излишна“ ДНК, тъй като учените не са били запознати с биологичната им функция.

ТЕ гените участват в генната регулация

Ново проучване обаче разкрива, че точно тези древни вирусни частици играят съществена роля в ранното развитие на човека. След секвениране на транспозоните, международен екип се натъква на скрити модели, които може би са ключови за генната регулация – процес на включване и изключване на гените.

"Нашият геном е секвениран много отдавна, но функциите на голяма част от него все още се неизвестни. Транспозоните може да се окажат много важни за геномната еволюция“, пояснява съавторът д-р Фумитака Иноуе, доцент по функционална геномика от университета в Киото, Япония.

Ползите от изучаването на начина, по който „подскачащите гени“ активират генното експресиране, са многобройни. То ще помогне на изследователите да разгадаят ролята на секвенирането за човешката еволюция, ще разкрие възможни връзки между TE и болестите при човека и дори може да им покаже как да повлияят на транспозоните по време на генна терапия.

„Ако продължим с проучванията си, се надяваме да разберем как TE, най-вече ERV (ендогенни ретровируси, или древна вирусна ДНК), са ни направили хора“, допълва д-р Чен, биолог от Китайската академия на науките.

Древна вирусна ДНК, внедрена в човешкия геном

Когато нашите предци са се заразявали с вируси, секвенции от вирусна генетична информация са се репликирали и вмъквали на различни места в техните хромозоми.

„Древните вируси успешно са превземали геномите на нашите предци, а останки от тях днес образуват голяма част от нашия геном, който е развил най-различни механизми, за да ги контролира и да се предпази от потенциалните им негативни ефекти“, отбелязва молекулярният биолог д-р Лин Хе.

Повечето от тези древни вируси не са активни и не крият риск за здравето на човека, но изследвания през последните години сочат, че част от транспозоните може би играят ключова роля за развитието на някои болести. През 2024 г. учени разглеждат възможността за заглушаване на определени TE с цел подобряване ефективността на терапии за рак.

В хода на еволюцията някои от вирусите са изчезнали, експресията на други е намаляла значително, а трети са се внедрили в човешкия геном.

Как древните вируси влияят на човешкото развитие и еволюция

ТЕ секвенциите се делят на семейства и подсемейства в зависимост от техните сходства и функция. Настоящото проучване на японския екип е фокусирано върху група от TE секвенции, известна като MER11, която се среща в генома на приматите. С помощта на иновативна система за класификация и чрез тестване на генната активност на ДНК учените откриват четири неизвестни до момента подсемейства ТЕ секвенции.

Резултатите показват, че последната интегрирана секвенция MER11_G4 има способността да активира генна експресия в човешки стволови клетки и невронни клетки в ранната фаза от развитието им. Това означава, че подсемейството MER11_G4 оказва влияние върху ранното човешко развитие и може „да се отрази сериозно на начина, по който гените реагират на сигналите за развитие“.

Екипът също така установява, че вирусните транспозони до известна степен са предопределили хода на човешката еволюция. Проследявайки как ДНК се е променила с времето, изследователите откриват, че подсемейството се е развило по различен начин в геномите на различните животни и така е подпомогнало биологичната еволюция, довела до разграничаването на човек, шимпанзе и макак.

"Ако разберем как е еволюирал човешкият геном, ще разберем какво прави нас, хората, уникални и ще разполагаме с набор от инструменти, с чиято помощ бихме могли да научим повече за човешката биология, генетични заболявания и еволюцията“, споделя д-р Хе.

Д-р Чен признава, че все още няма достатъчно информация за това как TE са повлияли на еволюционния процес. Възможно е други транспозони, които не са открити от учените, да са изиграли съществена роля за еволюцията на приматите.

Геномът на гренландската акула е изграден от 70% ТЕ гени

Изчислителният биолог д-р Стив Хофман от Института по стареене Leibniz в Германия, е първият, който описва почти цялата геномна карта на гренландската акула – гръбначното животно, което живее най-дълго (до 400 години). Нейният геном е изграден от 70% „подскачащи“ гени, докато в човешкия те са под 50%. Въпреки че геномът на приматите е различен от този на акулата, „настоящото изследване дава нова информация за потенциалната роля на TE върху геномната регулация“, смята Хофман.

Анализът на еволюцията на геномите позволява на изследователите да определят кои ДНК секвенции са се запазили едни и същи през годините, които са изчезнали и кои са се появили наскоро. „Изучаването на секвенциите на древни вируси може да отговори на въпроса защо има болести, които разболяват хората, но не и животните, и да помогне на учените да открият нови терапии“, обобщава д-р Хофман.