Ретровирусы, известные также как прыгающие гены или ретротранспозоны, — это РНК-вирусы, которые создают копии ДНК, чтобы встраивать их в ДНК хозяина. Раньше ученые считали остатки древних вирусов генетическим мусором, но сейчас это мнение меняется, говорит нейробиолог Джейсон Шепард, который не принимал участия в исследовании.
«Мы все больше и больше убеждаемся в том, что эти ретротранспозоны и ретровирусы повлияли на эволюцию жизни на планете», — говорит Шепард из Медицинской школы Спенсера Фокса Экклза при Университете Юты в Солт-Лейк-Сити.
Уже известно, что остатки ретровирусов способствовали развитию плаценты, иммунной системы и других важных этапов эволюции человека (SN: 5/16/17). Теперь же они оказались причастны к выработке миелина.
Миелин — это оболочка из жира и белка, которая покрывает длинные нервные волокна, известные как аксоны. Это покрытие напоминает изоляцию вокруг электрического провода: Нервы, покрытые миелином, могут посылать электрические сигналы быстрее, чем нервы без изоляции.
По словам Робина Франклина, биолога по стволовым клеткам из Altos Labs-Cambridge Institute of Science в Англии, покрытые миелином нервные волокна могут быть тоньше и расти длиннее, чем без изоляции, что позволяет животным становиться крупнее. И, по его словам, более тонкие волокна могут быть упакованы в нервную систему более эффективно.
«В результате появления миелина мозг стал более сложным, а позвоночные — более разнообразными», — говорит Франклин. «Если бы миелинизация не произошла на ранних этапах эволюции позвоночных, у нас не было бы целой плеяды разнообразных позвоночных, которую мы видим сейчас».
Франклин и его коллеги стали копаться в ранее собранных данных в поисках доказательств наличия прыгающих генов, особенно тех, которые могут влиять на выработку миелина. Они нашли информацию о клетках, которые обволакивают нервы миелином: Команда обнаружила высокий уровень РНК древнего ретровируса.
Эта РНК, получившая название RetroMyelin, не содержит инструкций по созданию белка. Вместо этого, как выяснила команда, РНК связывается с белком SOX10, и вместе они включают производство основного белка миелина, который застегивает миелин в плотный рукав вокруг нервных клеток.
Когда исследователи с помощью генетического трюка уменьшили количество RetroMyelin в мозге крысы, рыбы-зебры и лягушки, производство основного белка миелина снизилось. Этот вывод позволяет предположить, что РНК ретромиелина важна для создания миелина.
Другие ретротранспозоны влияли на эволюцию, создавая новые переключатели в панелях генетического контроля определенных генов или производя новые версии белков, регулирующих активность генов, говорит Эйрин Маркенскофф-Пападимитриу, специалист по неврологии развития из Корнельского университета, которая не принимала участия в исследовании. Но производство РНК для влияния на активность гена — это новый трюк. По ее словам, это «очень удивительная и важная демонстрация… нового типа процесса развития, который становится возможным благодаря этим ретровирусам».
У организмов с позвонками и челюстями, включая рыб, земноводных и млекопитающих, есть ретромиелин, а у миног и других бесчелюстных рыб и беспозвоночных его нет. Казалось бы, это говорит о том, что ретровирус перешел к общему предку челюстных позвоночных, но, похоже, это не так.
Команда обнаружила, что у каждого вида, который они исследовали, была своя версия RetroMyelin, а не родственные версии с небольшими изменениями. Такая картина позволяет предположить, что ретровирус заразил несколько видов в разное время, но привел к одному и тому же результату — концепция, известная как конвергентная эволюция (SN: 9/6/13).
Неясно, почему у миног и других бесчелюстных позвоночных нет ретромиелина. Один из вариантов — вирусы не заражают миног, говорит соавтор исследования Танай Гош, специалист по вычислительной биологии из Altos Labs. Или может быть так, что вирусы действительно заражали миног, но не были полезны в эволюционном плане и были утеряны.
По словам Маркенскофф-Пападимитриу, для челюстных позвоночных наличие основного белка миелина и других компонентов, необходимых для производства миелина, могло быть важным для использования преимуществ RetroMyelin. «Мы постоянно заражаемся, и некоторые из этих [вирусов] дают нам эволюционное преимущество». Ученые видят истории успеха, в которых RetroMyelin, вероятно, сразу же дал преимущество организму-хозяину и был сохранен, говорит она.
Обычно исследователей интересуют гены и РНК, которые производят белки. Они отсеивают некодирующие РНК — такие, как RetroMyelin, которые не производят белки, говорит Маркенскофф-Пападимитриу. Но, отмечает она, ученые все чаще признают, что некодирующие РНК также выполняют важную работу (SN: 4/7/19). «Эта работа вдохновит других биологов, занимающихся вопросами развития, на то, чтобы по-настоящему изучить свои данные в поисках ретротранспозонов».
Нет комментариев