Вашият геном съдържа кода на древни вируси – тези последователности

Вашият геном съдържа кода на антични вируси – тези последователности заемат 8% от вашата ДНК. Преди се смяташе, че те са безполезни еволюционни останки. Ново проучване потвърждава, че един от тези вирусни фрагменти, който имат единствено хората, е нужен за най-ранния стадий от живота.

Какво ще се случи, в случай че „ изключите “ този вирусен код?

Учените са изследвали фамилията вирусни фрагменти HERVK LTR5Hs. Тези последователности са дейни в ембрионите през първите дни от съществуването им, когато се образуват основите на организма. Използвайки технологията CRISPRi, откривателите потискат интензивността на близо 700 копия на LTR5Hs в човешки стволови кафези. След това те се пробвали да основат от клетките бластоиди, които съставляват триизмерни модели, възпроизвеждащи развиването на ембриона, преди той да бъде прикован.

Оказва се, че клетките без дейни LTR5Hs не основават бластоиди. Вместо това се появяват безформени групи от кафези, които по-късно умират. Ако интензивността на вируса била отчасти потисната, се получавали дефектни, нежизнеспособни структури. Стана ясно, че тези вирусни последователности са доста значими.

От вируса до гена: по какъв начин работи този механизъм?

Учените откриха, че LTR5H работят като усилватели. Усилвателят е сектор от ДНК, който не кодира самия протеин, само че мощно покачва интензивността на прилежащите гени. Анализът удостоверява, че изключването на LTR5H понижава интензивността на доста гени, които се намират в съседство с тях. Особено се откроява един ген – ZNF729. Оказва се, че един от вирусните LTR5Hs детайли, разполагаем единствено при хората, се намира наоколо до този ген и работи като негов главен активатор.

Това беше главното съмнение. За да го ревизират, учените организират още един опит. Те не изключили всичките 700 копия на LTR5Hs. Вместо това премахнали единствено един откъс от генома – този, който се намирал покрай гена ZNF729. Ефектът бил същият. Клетките още веднъж не съумели да образуват здрави бластоиди. Това е директно доказателство: единственият вирусен откъс, присъщ за нашия тип, управлява гена, без който ранното развиване на индивида е невероятно.

Графика, показваща измененията в генната интензивност в ZNF729-FH hnPSCs кафези 3 часа след потискането на ZNF729 протеина

Неочакваният контролер: защо служи ZNF729?

Вирусният усилвател задейства гена ZNF729. Самият ген кодира протеин, който е транскрипционен фактор. Тази молекула може да се свързва с ДНК и да управлява работата на стотици други гени. Учените откриват още една детайлност. ZNF729 се свързва със стартовите места на „ гените-домакини “. Те съставляват главен набор от указания за главните клетъчни функционалности: разделяне, метаболизъм, оцеляване. Обикновено тези гени се управляват от остарели механизми, които са едни и същи при доста типове.

Но в човешките кафези ZNF729 се е включил към тази система. Той е поел функционалността на един от главните контрольори на клетъчния напредък. Забележително е, че ZNF729 по-често задейства гените, макар че в структурата му нормално има протеини, които потискат работата им.

Снимки на бластоиди с конфокален микроскоп на nontarg-CARGO и LTR5Hs-CARGO и оцветени за идентифициране на характерни клетъчни линии

Еволюционно изобретение: по какъв начин сме се станали подвластни от вируса

Това проучване разказва един пореден и ефикасен постепенен развой:

Събитие: античен ретровирус се вгражда в ДНК на предците на индивида. Адаптация: Един от неговите фрагменти, LTR5Hs, се оказва наоколо до гена ZNF729. Клетъчните системи стартират да го употребяват като мощен усилвател. Резултат: Генът ZNF729, който преди този момент е бил неактивен на този стадий, е бил мощно задействан в ранния човешки ембрион. Зависимост: Тази нова система за надзор се е оказала доста ефикасна и е вградена в основите на клетъчния живот. С течение на времето старите способи за надзор на клетъчното разделяне може да са отслабнали. Системата е станала подвластна от вирусния детайл: в този момент тя не действа без него.

Схемата на опита за инспекция на смисъла на ДНК последователността LTR5Hs

И по този начин събитие, почнало като инцидентна генетична разновидност от остаряла зараза, се трансформира в нужна част от програмата за развиване на индивида. Геномът ни не е идеален и с течение на времето претърпява промени. И по този начин се случва, че най-важните допълнения към него се вършат от непредвидени участници.