У животных с инфекциями борется иммунная система. Исследования необычного вируса, заражающего диких коал, проведенные группой исследователей из Медицинской школы Массачусетского университета и Университета Квинсленда, выявили новую форму «геномного иммунитета». Исследование опубликовано 10 октября в журнале Cell..
earRetroviruses, в том числе такие патогены, как ВИЧ, включаются в хромосомы клеток-хозяев в рамках их инфекционного жизненного цикла. Ретровирусы обычно не заражают зародышевые клетки, производящие сперматозоиды и яйцеклетки, и поэтому обычно не передаются из поколения в поколение, но это случалось несколько раз в ходе эволюции. Из всех 3 миллиардов нуклеотидов генома человека только 1,5% последовательности образуют 20 000 генов, кодирующих белки, а 8% генома человека составляют фрагменты вирусов. Эти вторжения патогенов в геном иногда приносили пользу. Например, ген, «кооптированный» из вируса, необходим для образования плаценты у всех млекопитающих, включая человека.
Ретровирусная инфекция зародышевых клеток была редкой, но важной движущей силой эволюции человека. Но то, как зародышевые клетки млекопитающих реагируют на инвазию патогенов, ранее не описывалось и может сильно отличаться от других клеток организма. KoRV-A - это ретровирус, распространяющийся среди популяции диких коал в Австралии и связанный с восприимчивостью к инфекциям и раку. KoRV-A распространяется между отдельными животными, как и большинство вирусов. Удивительно, но KoRV-A также поражает зародышевые клетки, и большинство диких коал рождаются с этим патогеном как частью генетического материала каждой клетки тела. Команда использовала эту систему, чтобы увидеть, как зародышевые клетки реагируют на ретровирус. Их результаты показывают, что зародышевые клетки распознают важный этап в жизненном цикле вируса и обращают его против захватчика, чтобы подавить инфекцию генома. Эти исследования проливают новый свет на взаимодействие между вирусами и генетическим «проектом», записанным в геноме.
«Инфицирование зародышевой линии коалы KoRV-A происходит сейчас, и это позволяет нам наблюдать за эволюцией генома в режиме реального времени», - говорит Уильям Э. Теркауф, доктор философии, профессор молекулярной медицины в Медицинской школе Массачусетского университета, старший автор. исследования.
"То, что мы наблюдаем с коалами, - это то, через что прошел каждый организм на планете. Животные заражаются ретровирусами, которые проникают в зародышевые клетки. Эти вирусы размножаются и встраиваются в хромосомы, изменяя организацию и функции генома хозяина. ", и этот процесс продолжается до тех пор, пока захватчик не будет приручен хозяином. В конце этого цикла заражения хозяин изменился", - говорит соавтор Жипин Венг, профессор программы биоинформатики и интегративной биологии Медицинской школы Массачусетского университета.
«Мы считаем, что обнаружили «врожденную» геномную иммунную систему, которая может отличить вирус от одного из ваших генов», - говорит Теркауф. «Мы думаем, что это говорит о том, как ваш геном говорит: «Это то, что мы хотим, это ген». И: «Это то, чего мы не хотим, это вирус».
Большинство генов-хозяев прерываются спейсерными последовательностями, называемыми интронами, которые удаляются в процессе, называемом сплайсингом, для производства функциональных мРНК, которые могут производить белки. Сплайсинг является отличительной чертой нормально клеточных генов. У ретровирусов также есть интроны, которые удаляются для образования белка, образующего оболочку, окружающую вирусную частицу. Однако эти захватчики также должны продуцировать «несплайсированную» РНК, которая необходима для репликации и заражения. По-видимому, это имеет решающее значение, поскольку зародышевые клетки распознают эти специфичные для вируса РНК и расщепляют их на отдельный класс малых РНК, называемых «смысловыми» piРНК, которые блокируют образование вируса. Предварительные исследования показывают, что этот процесс законсервирован от насекомых до млекопитающих.
Команда работает над расширением своих выводов. «Во-первых, мы пытаемся выяснить, как вирус вообще попал в зародышевую линию», - говорит Венг. Она и Теркауф проведут дополнительные эксперименты, чтобы определить механизмы в клетках, которые распознают разницу в вирусной РНК, и, наконец, они надеются лучше понять процесс измельчения несплайсированных транскриптов РНК, чтобы они больше не функционировали.
«Мы думаем, что сможем разобраться в этом, посмотрев на коал», - говорит Теркауф.