Человеческий зародыш был бы совсем беззащитен перед вирусной инфекцией, если бы его не защищали собственные «домашние» вирусы.
В ходе эволюции человеческий геном приобрёл «начинку» в виде вирусных генов. Происходило это, видимо, по той же технологии, которой пользуются современные ретровирусы, самым известным представителем которых является ВИЧ. Ретровирусный геном в виде молекулы РНК проникает в клетку, после чего с вирусной РНК делается ДНК-копия, которая вставляется в клеточную хромосому. На вирусном участке ДНК клеточные белки делают много РНК, которые служат матрицей для вирусных белков. С другой стороны, встроенный в клеточную ДНК вирус может на время «уснуть», не вредя хозяину; если же клетка способна делиться, то она передаст своего «гостя» дочерней клетке вместе с копией своей ДНК.
Когда-то древние ретровирусы проникли в геном приматов, да и уснули в нём. На рисунке – вирус гепатита В, относящийся в ретровирусам.
Если же такой вирус окажется в половых клетках или сумеет проникнуть в эмбрион на раннем этапе развития, когда предшественники половых клеток ещё не сформировались, его ждёт долгое путешествие из поколения в поколение. Постепенно в нём накопится множество мутаций, так что он станет неактивным и навредить клетке уже не может. Считается, что около 8% человеческого генома представлено бывшими вирусами. Некоторые из них, например, HERV-K, попали к нам относительно недавно, около 200 тыс. лет назад.
Большинство таких последовательностей, как было сказано, навсегда «заснули» из-за множества мутаций, однако бывает, что некоторые всё же «просыпаются». Одно из самых неприятных последствий такого оборота событий – раковая опухоль; известно, что многие в прошлом вирусные гены активно работают именно в опухолевых клетках, и что, возможно, именно из-за них болезнь и начинает развиваться. Но есть и другие примеры – вот, скажем, совсем недавно удалось выяснить, что на ранних стадиях развития человеческого эмбриона в его клетках активируется вышеупомянутый вирус HERV-K. Джоанна Высоцка и её коллеги из Стэнфордского университета попытались узнать, чем оборачивается для зародыша активность вирусного «постояльца», и обнаружили нечто неожиданное.
В клетках 3-дневного зародыша оказалось много вирусных белков, причём настолько много, что они уже начинали объединяться в некое подобие готовых вирусных частиц. Более того, они влияли на активность других генов эмбриона: например, вирусный белок Rec повышал уровень белка IFITM1, чья задача – сидеть на поверхности клетки и не пускать в неё вирусную инфекцию. Получалось, что «домашний» вирус прикрывал зародышевые клетки от своих сородичей. Тот же Rec взаимодействовал с несколькими клеточными РНК, регулируя количество рибосом на них. Как именно это может отражаться на развитии эмбриона, пока неизвестно, но, так или иначе, вирусные белки активно в нём участвуют. Результаты экспериментов опубликованы в Nature.
Сами авторы работы пока говорят лишь о том, что им удалось увидеть. Руководит ли эмбрион действиями вируса, или вирусный геном преследует собственные цели, а общая польза в виде противовирусной защиты – лишь побочный эффект самоуправства HERV-K, покажут дальнейшие исследования.
В других недавних исследованиях было показано, что спящие вирусные последовательности в ДНК иммунных клеток помогают им запустить синтез антител в ответ на появления в организме чужеродных молекул.
Антитела нужны иммунной системе, чтобы ловить чужеродные молекулы, а вместе с ними и их носителей, вирусов и бактерий. Странно было бы ожидать, что сами патогены будут помогать иммунным клеткам производить оружие против них. Но для природы нет ничего невозможного – исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса под руководством нобелевского лауреата Брюса Бейтлера выяснили, как эндогенные ретровирусы помогают B-клеткам синтезировать антитела.
Т-хелперная клетка (слева) и В-клетка (справа). Т-хелперы показывают В-клеткам белковые молекулы, против которых нужно синтезировать антитела.
Большая часть из остатков ретровирусной ДНК мутирована и не активна.
Однако B-клетки, как оказалось, смогли извлечь свою выгоду из мусорной вирусной ДНК. Выгода связана с так называемыми антигенами TI-2. Под антигеном понимают любую молекулу, которая вызывает подозрение у иммунитета и заставляет его принять соответствующие меры. Это может быть чужеродный белок, или липополисахаридная оболочка бактериальной клетки или вирусной частицы. Но разные антигены иммунитет «видит» по-разному. Если речь идёт о белке, то для выработки антител против него необходима помощь специальных клеток Т-хелперов: они помогают В-клеткам понять, что в организме появились чужие молекулы.
Однако антигены TI-сортов, в том числе и TI-2, которые представляют собой крупные полисахаридные фрагменты с повторяющимися участками в молекулярной структуре, В-клетки могут различать сами и, поймав такую молекулу, начинают синтез антител без помощи со стороны Т-хелперов. Известно, что TI-2 взаимодействуют во множестве точек с рецепторами В-клеток, но что происходит дальше, как запускается синтез иммуноглобулинов, до сих пор было непонятно.
Исследования Бейтлера и его коллег начались с поиска мутаций у мышей, чей иммунитет не видел TI-2 антигены. Оказалось, что у таких животных были испорчены сигнальные пути, реагирующие на чужие РНК и ДНК в цитоплазме. Но зачем B-клеткам для синтеза антител нужны РНК и ДНК-сигналы? В статье в Science авторы пишут, что антигены TI-2 включали синтез РНК на всех ретровирусных последовательностях, спящих в клеточном геноме. В клетке появлялось много вирусной РНК, на которой синтезировалась ДНК. Синтез вирусных нуклеиновых кислот и синтез антител были связаны самым непосредственным образом. Если в В-клетках отключали фермент обратную транскриптазу (которая делает ДНК на РНК-шаблоне), синтез иммуноглобулинов сильно падал. Но и тогда всё равно оставался запасной путь активации: срабатывал один митохондриальный антивирусный белок (mitochondrial antiviral signaling protein (MAVS), который чувствовал именно РНК, и давал сигнал к синтезу антител. То есть даже без ретровирусной ДНК клетка могла ответить на антигенный сигнал.
Вполне возможно, что помощь в синтезе антител – не единственная функция эндогенных ретровирусов, спящих в ДНК, и в дальнейших исследованиях могут обнаружиться другие способы того, как наши клетки и клетки животных научились использовать бывших паразитов к своей выгоде.
Источник: НАУКА И ЖИЗНЬ
