Древние вирусы обретают в мозгу новые функции

Существующие в геноме человека ретровирусы, прежде считавшиеся генетическим мусором, обретают новые роли и могут участвовать в развитии головного мозга, о чем говорят результаты проведенного недавно исследования.

Если мысль о живущих на вашем теле и внутри него миллиардах бактерий вызывает у вас нервную дрожь, то вас вряд ли успокоит информация о том, что в человеке вдобавок ко всему полно вирусов. Эти многократно опороченные и оклеветанные микробы на самом деле тесно переплелись в человеческой плоти, ведь наш генетический материал на 8% состоит из абсорбированных форм ретровирусов. Это такое вирусное семейство, к которому принадлежит патогенный вирус иммунодефицита человека ВИЧ, вызывающий СПИД.

Мысль о наших весьма тесных отношениях с этими эндогенными, как их называют, ретровирусами, может вызывать тревогу. Однако в работе, опубликованной на прошлой неделе в журнале Cell Reports, говорится о том, что они помогают формировать наше мышление, участвуя в развитии мозга. Работая на генетическом материале мышей, ученые нашли свидетельства того, что некоторые эндогенные ретровирусы обретают в мозгу новые функции, которые очень важны для его развития у наших не столь уж и дальних родственников-грызунов. «Клетки мозга чрезвычайно сложны по сравнению с другими клетками, — говорит шведский исследователь Йохан Якобсон (Johan Jakobsson) из Лундского университета, ставший главным автором этой научной работы. — Использование эндогенных ретровирусов обеспечивает им еще большую сложность, особенно в связи с тем, что они составляют значительную часть генома».


В отличие от других вирусов, ретровирусы содержат только РНК и для воспроизводства должны вводить в ДНК хозяина весь свой генетический материал. Когда такой захват происходит в сперме или в яйцеклетке, ретровирусы могут передаваться потомству хозяина, которое передает их по наследству далее. Со временем благодаря сочетанию мутаций и мер генетического контроля вирусного захватчика удается задержать, помешав ему перейти к новому хозяину или самовоспроизвестись. Многие эндогенные ретровирусы находятся в заточении в нашем геноме миллионы лет.

Большинство эндогенных вирусов отбывают пожизненный срок, находясь за решеткой в силу процесса подавления гена, который носит название метилирование ДНК. Исследование Якобсона и его коллег показало, что некоторые эндогенные ретровирусы не подвергаются столь строгому наказанию и могут получить, скажем так, условно-досрочное освобождение, чтобы выполнять важные обязанности по развитию мозга у зародышей мышей.

Инспектором по надзору за условно-досрочным освобождением в этой ситуации является белок TRIM28, который способен возвращать эндогенные вирусы в камеру посредством обратного подавления гена, носящего название гистонная модификация. Когда исследователи удалили TRIM28 из некоторых клеток, в том числе, печени, мозга и белых кровяных телец, они заметили изменения в экспрессии генов у мышей только в клетках мозга. «Похоже, что механизм регулирования эндогенных ретровирусов в клетках мозга отличается от механизмов, действующих в других клетках», — говорит Якобсон.

Более того, снижение количества TRIM28 путем выключения одной копии гена, которая его кодирует, привело к расстройствам поведения у мышей, в частности — к гиперактивности. Этого недостаточно для вывода о том, что эндогенные ретровирусы отвечают за изменения в поведении, но в совокупности с другими выводами исследования можно сказать, что это главный подозреваемый. «Данная работа представляет доказательства того, что эндогенные ретровирусы играют активную роль в экспрессии генов мозга посредством динамического механизма», — говорит доцент кафедры клинической нейробиологии Колумбийского университета Гуйя Гуффанти (Guia Guffanti), которая не принимала участия в исследовании. Таким способом эндогенные ретровирусы могут помогать клеткам мозга более тонко регулировать экспрессию генов, делая их более сложными.

Дабы точно определить, что делают эти эндогенные ретровирусы в периоды лишения свободы, требуются дополнительные исследования. Однако проведенные эксперименты говорят о том, что они каким-то образом причастны к развитию мозга. А это гораздо больше того, что раньше думали об их способностях. Эндогенные ретровирусы являются частью более крупного класса генетического материала, имеющего название транспозируемых элементов, которые называли и до сих пор продолжают называть генетическим мусором, ничего не делающим и просто занимающим место в геноме. Такого рода исследования постепенно меняют данную точку зрения. «Появляется совершенно иная точка зрения на то, что могут создавать эти транспозируемые элементы», — говорит Гуффанти.