DNA, который человек унаследовал от древних вирусов, играет ключевую роль в включении и отключении участков нашего генетического кода, выяснили новые исследования. Эти открытия могут кардинально изменить наше понимание эволюции человека, а также потенциальных методов лечения различных заболеваний. В основе этого открытия лежит удивительный факт: почти половина человеческого генома состоит из сегментов, известных как транспозируемые элементы (ТЭs), или, проще говоря, "бегущие гены". Многие из них — останки древних вирусов, внедрившихся в гены наших предков миллионы лет назад, и с тех пор передающиеся из поколения в поколение.

Транспозируемые элементы — не мусор, а важнейшая часть генома

Многолетние представления о том, что ТЭs — это бесполезный "мусор" в ДНК, сменяются всё новыми фактами. Еще недавно их считали бездействующими фрагментами, не несущими никакой функции, лишь занимая место в генной цепи. Но последние исследования показывают, что эти участки могут играть важнейшую роль в регуляции активности генов, особенно в ранних стадиях развития человека. Исследование, опубликованное 18 июля в журнале Science Advances, подтверждает, что древние вирусы, вставшие частью нашего наследия, способны регулировать работу генных цепочек.

Наш геном был расшифрован давно, но роль многих его участков оставалась загадкой. Новые исследования свидетельствуют о том, что "мусорные" куски ДНК могут обладать важной функцией в развитии человека и эволюции.

История о "мусоре" или как вирусы стали частью нас

В течение десятилетий эти сегменты воспринимались как "джанк" (мусор) — потому что казались нефункциональными, не участвующими в синтезе белков. Однако с развитием технологий стало ясно, что многие из них служат регуляторами. Их участки используются для создания некодирующих РНК — молекул, напрямую воздействующих на активность других генов. Это открытие стало прорывом в понимании того, что именно делает наш геном таким сложным и гибким.

Использование CRISPR — мощного инструмента генного редактирования — позволяет научным специалистам в деталях исследовать влияние ТЭs на структуру хроматина — комплекса ДНК и белков, из которых состоят наши хромосомы. Благодаря этим экспериментам ученые могут наблюдать, как древние вирусы активируют или деактивируют гены, запускают развитие эмбрионов и регулируют клеточные функции.

Фокус на семейство MER11 — ключ к пониманию регуляции генов

Одной из изученных групп ТЭs стало семейство MER11, которое появилось в геномах приматов примерно 40 миллионов лет назад. Исследователи классифицировали эти элементы по их эволюционной истории, выделив четыре подгруппы: MER11_G1 (самая древняя) и MER11_G4 (самая молодая). В ходе экспериментов ученые вставляли около 7000 этих последовательностей в клетки в лабораторных условиях — в стволовые и нейрональные клетки на ранних стадиях. Цель — узнать, как именно эти древние вирусные вставки влияют на работу генов.

Результаты показали, что наиболее молодой подтип — MER11_G4 — обладает сильной способностью активировать гены. Эти участки содержат уникальные "сайты связывания транскрипционных факторов", которые служат воротами для белков, управляющих активностью генов и отвечающих за развитие организма. Интересно, что вариации последовательностей MER11_G4 наблюдались между видами — человеками, шимпанзе и макаками — и влияли на регуляторные функции в зависимости от вида.

Древние вирусы и современная регуляция генов

Эти открытия не только расширяют понимание эволюционной истории человека, но и предлагают новые пути для изучения болезней. В частности, вариации в активных элементах ТЭs могут стать причиной индивидуальных различий в предрасположенности к заболеваниям, таким как рак, аутоиммунные заболевания и нарушения нервной системы.

Эксперименты показывают, что эти "прыгучие" гены и их регуляторные функции не являются случайными — они могут быть ключом к управлению генной активностью и, возможно, терапевтическими стратегиям в будущем.

Что дальше? Перспективы будущих исследований

Учёные говорят, что направление дальнейших исследований заключается в удалении или изменении конкретных участков ТЭs с помощью CRISPR для понимания их точных ролей в регулировании генов. Такой подход может помочь разобраться, как вирусные остатки влияют на развитие болезней и как можно использовать эти знания для создания новых методов терапии.

К примеру, в будущем можно будет целенаправленно активировать или отключать отдельные регуляторные элементы для коррекции нарушений в генной активности. Это — путь к персонализированной медицине, где лечение станет более точным и эффективным. Учитывая, что в человеческом геноме примерно 2% уникальных генов, а остальные — это фрагменты древних вирусов и элементов, управление ими может стать ключом к решению многих медицинских задач.

Заключение

Открытие о роли древних вирусных элементов в регуляции генной активности — это революция в области генетики и молекулярной биологии. Они перестают считаться "мусором", превращаясь в активных участников сложных регуляторных цепочек, определяющих развитие и здоровье человека. Эволюция наших генов оказалась более динамичной и многообразной, чем предполагалось ранее, что открывает простор для новых исследований и медицинских инноваций.

Разгадка этих загадок поможет понять причины возникновения различных заболеваний и разработать новые подходы к их лечению, что может значительно изменить будущее медицины и биотехнологий. Время, когда вирусы и их древние наследия считались лишь причинами болезней, ушло. Теперь они выступают как ключевые регуляторы, управляющие жизнью и развитием человека.