Примитивные организмы более 500 миллионов лет назад оказались заражены эндогенными ретровирусами, и это стало поворотным моментом эволюции на Земле: генетический материал вирусов встроился в геном существ — и появились первые многоклеточные. Эта, казалось бы чуждая, часть ДНК сохранилась до сих пор, и ученые выяснили, что она необходима нашему организму, сообщает испанский Национальный центр исследования рака.
Ключевое для земной эволюции заражение привело к Кембрийскому взрыву — буму биоразнообразия в морях планеты (наземной жизни еще не было). Как выяснили ученые в течение последних нескольких лет, с тех пор в нашей ДНК 8-10% составляет генетический материал вирусов.
«До недавнего времени эти вирусные останки считались "мусорной ДНК", бесполезным или даже вредным генетическим материалом. Интуитивно считалось, что наличие вирусов в геноме не может быть хорошим. Но в последние годы мы понимаем, что эти ретровирусы, которые эволюционировали вместе с нами на протяжении миллионов лет, выполняют важные функции, например, регулирование других генов», — поясняет один из авторов исследования Серджио де ла Роза.
Кнопка запуска
На первом этапе оплодотворения, как мы знаем, соединяются две клетки. В этот момент они тотипотентны, то есть каждая имеет все теоретически необходимое для развития отдельного организма.
Но чтобы получился единый многоклеточный организм, клеткам нужно стать плюрипотентными — если это удается, то происходит первое деление, и клеток становится не две, а четыре — и дальше они продолжают делиться и могут дифференцироваться в разные ткани организма.
Еще несколько лет назад ученые заметили, что если устранить ген URI у лабораторных мышей, то развитие эмбрионов не начинается вовсе. Дальнейшие исследования позволили связать активацию гена в организме с генетическим материалом, полученным от одного из эндогенных ретровирусов — его назвали MERVL.
И наконец удалось объяснить, как эта связь работает. Оказалось, что во время фазы тотипотентности резко вырастает производство белка, связанного с MERVL. На первом этапе он блокирует действие URI, но концентрация постепенно снижается, и в нужный момент клетки становятся плюрипотентны. И в этом плавном и своевременном переходе заключается симбиоз древних вирусов и их носителей.
«Трехсторонняя связь между вирусным белком, URI и факторами плюрипотентности очень тонко модулируется. Это дает эмбриону достаточно времени для адаптации и координации плавного перехода от тотипотентности к плюрипотентности, а также для спецификации клеточной линии во время эмбрионального развития», — поясняют ученые.