„Отпадъчната” ДНК да не се изхвърля!

През 60-70-те години, в зората на геномните изследвания, е измислен и отлично се е вписал терминът отпадъчна ДНК. Този термин се появява, когато става ясно, че куп мутации изобщо не предизвикват никакви изменения във фенотипа, а това означава, че не всичката ДНК кодира белтъци.

В генома на човека белтъци кодират около 2% от ДНК. Тъй като всичко непонятно е лесно и приятно да се обявява за ненужно, към цялата останала ДНК се прикрепило названието отпадъчна. Вярно, в последното десетилетие процентът на отпадъчната ДНК в човешкия геном значително намалял, което не се дължи на бърза еволюция на човешкия геном, а в по-внимателни изследвания на останалите 98%.

На ролята на една от разновидностите на некодиращата белтъци ДНК – ендогенните ретровируси – в развитието на нервните клетки е посветена статия, публикувана в изданието Cell Reports.

Клетките, от които се състои нервната система, са различни. Само едните неврони са повече от хиляда вида. При това, естествено, геномите им са еднакви както помежду си, така и с повечето други клетки от организма. Възниква въпросът: как са се появили тези различия. За да бъдат различни клетките, е необходимо в тях (или поне на даден стадий от развитието) гените да са различно активни, тоест да се синтезират различни белтъци.

За основен метод за регулация на активността на гените днес се смята химичната модификация, метилирането – присъединяването на метилни групи атоми към някои цитозини – съставни елементи на ДНК. Освен това съществуват много разновидности на регулаторните РНК. Обикновено те взаимодействат с вече синтезираната матрична ДНК, съответстваща на гена, и предизвикват нейната деградация, правейки по такъв начин гена неактивен.

В последно време се появиха свидетелства, че влизащите в състава на генома на почти всички сложни организми голямо количество бивши вируси също играят роля в регулацията на активността на гените.

Ендогенните вируси съставляват около 8-1-% от генома на човека и мишките. Откъде изобщо са се взели там? Когато вирусът заразява клетката, той вгражда своя геном в ДНК на клетката. Ако това е патогенен вирус, предизвикващ остро заболяване, той започва да се размножава, на клетката ѝ става зле – от едната страна ѝ вреди вирусът, от друга страна я атакува имунната система, открила на повърхността ѝ вирусни частици.

Вероятно такава клетка загива и нейното копие вирусна ДНК изчезва от организма. Но понякога заразяването на клетката с вирус протича без всички тези ефекти или клетката по някакви причини оцелява. Някои патогенни вируси, например ХИВ, заразяват не само Т4 лимфоцитите, които с времето загиват, но и други клетки, в които се съхраняват резервни копия.

Проблемът на терапията на ХИВ тъкмо в това се заключава, че лекарствата са неспособни да унищожат клетките, съдържащи прикрита вирусна ДНК в генома. Казано иначе, ако вирусът не е много заразен и с едно кихане не може да зарази целия трамвай, на него му е по-изгодно да се държи тихо и да живее дълго в един гостоприемник.

Понякога се случва така, че вирусът вгражда своя геном не в соматична клетка, а клетка от половата линия. Ако именно тази клетка вземе участие в процеса на оплождане и от нея се развие нов организъм, то всичките му клетки ще съдържат свое копие на вирусния геном.

По-нататък тези копия могат да се предават по наследство. Така за много години еволюция на живата природа у някои видове са се натрупали много вирусни последователности в генома.

Разбира се, за да бъде организмът жизнеспособен, вирусните последователности трябва да станат неактивни. Обикновено така и се случва, но инактивацията понякога е непълна. Например понякога активизацията на вирусите води към удвояване на гените в генома – вирусът създава свое копие и взема гена със себе си. Удвояването на гените играе голяма роля в еволюцията, тъй като едно от получените копия престава да изпитва натиска на отбора и може свободно да мутира, без да влияе на фенотипа.

Оказва се, че неактивните вирусни фрагменти могат да съдържат активни последователности, пускащи или потискащи синтеза на РНК от близките гени. Изобщо такава активност крие опасност от излизането на определени гени от контрол и възникването на тумори.

Но било установено, че вирусните елементи забележително се активират в нервните клетки по време на тяхното развитие. На най-различни етапи от развитието белтъкът TRIM28 потиска активността на вирусните елементи. Проблемите в работата на този белтък се смятали за свързани с някои психически разстройства, например понижена устойчивост на стрес.

В обикновените клетки TRIM28 е необходим само на първия етап, дори ако след това той се изключи, вирусните елементи не се активират отново. В нервните стволови клетки всичко се случва различно. Без постоянното наблюдение на този белтък някои ретровируси се активират сами и започват да регулират активността на съседните гени. Пълното изключване на TRIM28 за мишките се оказало летално, а изключването на едно копие на гена водело до разстройство на поведението, по-конкретно – хиперактивност.

Изглежда, че вирусните последователности, макар и попаднали в генома съвсем случайно и смятани преди за боклук, в хода на еволюцията били все пак приобщени към работа – да регулират активността на гените там, където химичните модификации на ДНК по някакви причини не протичат.