Вирусы проникают в человеческие клетки и используют их генетический аппарат для размножения. Во время этого процесса вирусы оставляют следы в нашем геноме — вирусоподобные вставки. Они представляют собой фрагменты генетического материала, которые, хотя и проще вирусов, также используют механизмы клеток-хозяев для воспроизведения себе подобных.
Хотя большинство таких элементов со временем подавляются защитными механизмами клеток, но есть «прыгающие» гены, например, как длинный вкрапленный ядерный элемент 1 (LINE-1), который продолжает перемещаться по геному.
LINE-1 — это тип ретротранспозона, который ведет себя подобно ретровирусу ВИЧ. Сначала копируется в молекулу РНК, затем взаимодействует с ДНК, после чего копия РНК LINE-1 преобразуется обратно в ДНК в новом месте генома. В результате в геноме человека накапливаются больше 500 тыс. повторов этого элемента, которые составляют около 20% всей ДНК.
Эти вставки влияют на эволюцию генома, но также могут вызывать неврологические расстройства, рак и старение, когда LINE-1 случайно задевает важные гены или запускает иммунный ответ как вирус, вызывающий воспаление. Изучение перемещения LINE-1 важно не только для понимания того, как геном эволюционирует, но и для объяснения, как изменения в нем могут приводить к заболеваниям.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что «прыгающий ген» может проникать в ядро клетки и встраиваться в ДНК только во время деления клетки, когда ее структура временно открыта для таких изменений. Процесс связывания с ДНК происходит через белок ORF1p, который образует многомолекулярные комплексы, называемые мультимерами. Эти мультимеры собираются в кластеры, называемые конденсатами, которые играют важную роль в перемещении LINE-1. Когда в конденсатах накапливаются молекулы ORF1p, они начинают обвивать РНК, что позволяет прикрепить этот комплекс к ДНК в тех местах, где обычно происходит интеграция ретротранспозонов. Это повышает эффективность перемещения LINE-1 по геному.
Кроме того, конденсаты помогают LINE-1 обходить клеточные механизмы защиты, которые обычно не позволяют крупным частицам проникать в ядро во время митоза. Конденсаты LINE-1 могут также действовать как доставка, направляя РНК в те участки ДНК, где ретротранспозоны обычно интегрируются — в области, богатые аденином и тимином. Это усиливает эффективность перемещения LINE-1 по геному.
Результаты этих исследований открывают новые возможности для разработки методов лечения, направленных на предотвращение репликации LINE-1. Если удастся вмешаться в механизмы, позволяющие LINE-1 проникать в ядро клетки и интегрировать себя в геном, это может стать важным шагом в лечении заболеваний, связанных с ретротранспозонами, таких как рак и неврологические расстройства.
Ранее мы рассказывали о том, что всего один ген превращает змей в произведение искусства.
