Эпидемия коала дает урок о том, как ДНК защищает себя от вирусов

Ретровирусы уха, включая такие патогены, как ВИЧ, включаются в хромосомы клеток-хозяев как часть их инфекционного жизненного цикла. Ретровирусы обычно не заражают зародышевые клетки, которые производят сперму и яйцеклетку, и поэтому обычно не передаются из поколения в поколение, но это происходило несколько раз в ходе эволюции. Из всех 3 миллиардов нуклеотидов человеческого генома только 1,5% последовательности образуют 20000 генов, кодирующих белки, и 8% человеческого генома происходит из фрагментов вирусов. Эти патогенные инвазии генома иногда были полезны. Например, ген, «кооптированный» из вируса, необходим для образования плаценты у всех млекопитающих, включая человека.

Ретровирусная инфекция половых клеток была редкой, но важной движущей силой эволюции человека. Но то, как зародышевые клетки у млекопитающих реагируют на инвазию патогенов, ранее не было описано и может сильно отличаться от других клеток организма. KoRV-A является ретровирусом, распространяющимся среди дикой популяции коалы в Австралии, и связан с восприимчивостью к инфекции и раку. KoRV-A распространяется между отдельными животными, как и большинство вирусов. Удивительно, но KoRV-A также заражает клетки зародышевой линии, и большинство диких коал рождаются с этим патогеном как часть генетического материала каждой клетки в организме. Команда использовала эту систему, чтобы увидеть, как половые клетки реагируют на ретровирус. Их результаты показывают, что зародышевые клетки распознают важный этап в жизненном цикле вируса и направляют его против захватчика для подавления инфекции генома.

«Заражение KoRV-A зародышевой линии коалы происходит сейчас, и позволяет нам смотреть на эволюцию генома в режиме реального времени», - говорит Уильям Э. Тюркауф, доктор философии, профессор молекулярной медицины в Медицинской школе UMass, старший автор исследования.

«То, что мы видим с коалами, - это то, через что прошел каждый организм на планете. Животные заражаются ретровирусами, которые проникают в клетки зародышевой линии. Эти вирусы размножаются и внедряются в хромосомы, изменяя организацию и функцию генома хозяина, и процесс продолжается пока хозяин не приручит захватчика. В конце этого цикла заражения хозяин изменился », - говорит со-старший автор Чжипин Вэн, профессор Программы биоинформатики и интегративной биологии в Медицинской школе UMass.

«Мы обнаружили, что мы обнаружили« врожденную »геномную иммунную систему, которая может отличить вирус от одного из ваших генов», - говорит Тюркауф. «Мы думаем, что это объясняет, как ваш геном говорит:« Это то, чего 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 получения функциональных мРНК, которые могут образовывать белки. Сплайсинг является отличительной чертой обычно клеточных генов. Ретровирусы также имеют интроны, которые удаляются, образуя белок, который образует оболочку, окружающую вирусную частицу. Тем не менее, эти захватчики также должны производить «не сращенную» РНК, которая необходима для репликации и заражения. Кажется, что это очень важно, так как зародышевые клетки распознают эти вирус-специфические РНК и измельчают их в отдельный класс малых РНК, называемых «смысловыми» пиРНК, которые блокируют образование вируса. Предварительные исследования показывают, что этот процесс сохраняется от насекомых до млекопитающих.

Команда работает над расширением своих выводов. «Во-первых, мы пытаемся выяснить, как вирус попал в зародышевую линию в первую очередь», - говорит Венг. Она и Тюркауф проведут дополнительные эксперименты, чтобы определить механизм в клетках, которые распознают разницу в вирусной РНК, и, наконец, они надеются лучше понять процесс измельчения не сплайсированных транскриптов РНК, поэтому они больше не функционируют.

«Мы думаем, что сможем разобраться в этом, взглянув на коал», - говорит Тёркауф.

Эта работа была частично поддержана Национальными институтами здравоохранения и Национальным фондом естественных наук Китая.