Virus itu, yang diintegrasikan ke dalam genom nenek moyang kita, mempengaruhi kerja otak • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Sains di Rusia, Evolusi, Virologi

Virus itu, yang disatukan ke dalam genom nenek moyang kita, mempengaruhi otak

Retrovirus, yang pernah menggabungkan genomnya ke kromosom ke-22 hominid purba, mengubah sistem pengawalan gen dan mempengaruhi fungsi otak nenek moyang kita. Imej dari www.fmnetnews.com

Saintis Rusia telah menunjukkan bahawa salah satu daripada 133 retrovirus endogen yang telah disatukan ke dalam genom kita selepas memisahkan garis evolusi manusia dan simpanse telah menjalani "penggantian molekul" dan kini berfungsi sebagai elemen pengawalseliaan yang mengawal gen PRODH di beberapa bahagian otak (terutamanya di hippocampus). Gen PRODH terlibat dalam sintesis neurotransmiter, dan kepentingannya untuk otak disahkan oleh hakikat bahawa mutasinya menjejaskan risiko mengembangkan skizofrenia. The retrovirus mengandungi dua tapak yang mana protein pengawalseliaan SOX2 dilampirkan, yang membawa kepada peningkatan aktiviti PRODH di dalam otak. Seluruh data yang diperoleh menunjukkan bahawa penyisipan retroviral ini memainkan peranan dalam evolusi otak manusia.

Genom retroviral terbina dalam (retrovirus endogenous, ERVs) banyak terdapat dalam genom haiwan. Pada manusia, penyebaran virus itu didapati kira-kira seratus ribu.Bersama-sama mereka membentuk 5-8% genom manusia (lihat: Belshaw et al., 2004. Reinfeksi jangka panjang genom manusia oleh retrovirus endogen). Seperti unsur-unsur genetik mudah alih yang lain, ERW sering menjalani "penggantian molekul," iaitu, ia menjadi sebahagian berguna daripada genom tuan rumah. Faktanya ialah mereka mengandungi unsur-unsur pengawalseliaan yang sedia digunakan – promoter dan enhancer (lihat juga penambah) yang mempengaruhi aktiviti gen yang berhampiran. Oleh itu, setiap pergerakan transposon atau pemasukan ERV baru dapat mengubah peraturan ekspresi satu atau gen host yang lain. Sekiranya perubahan itu terbukti berguna, pemilihan akan menyokong sisipan ini dan EIA dari elemen "egoistik" akan menjadi sekeping berguna bagi genom tuan rumah (lihat pautan pada akhir nota).

Daripada banyak ERV yang terdapat dalam genom kita, hanya 133 yang unik kepada manusia (mereka dipanggil hsERV, retrovirus endogen khusus manusia). hsERV adalah retrovirus termuda termuda, mereka telah diintegrasikan ke dalam genom nenek moyang kita selepas pemisahan mereka dari nenek moyang cimpanzi. Kajian hsERV adalah kepentingan tertentu. Lagipun, jika ada kemungkinan untuk mencari "dijinakkan" di kalangan mereka, ini mungkin memberi gambaran tentang aspek genetik antropogenesis dan membantu dalam mencari gen, perubahan dalam kerja yang menjadikan kita manusia (lihatberita: Adakah asas genetik minda dapat diuraikan ?, "Elemen", 09.10.2006).

Satu hsERV yang dijinakkan dijumpai oleh sekumpulan saintis Rusia dari Institut Kimia Bioorganik dari Akademi Sains Rusia, Pusat Pediatrik Hematologi, Onkologi dan Imunologi Kementerian Kesihatan, Institut Kegiatan Saraf Tinggi dan Neurofisiologi Akademi Sains Rusia, Fakulti Perubatan Fundamental, Institut Biologi Fiziko-Kimia Universiti Negeri Moscow dan Universiti Perubatan Universiti Nasional Rusia bersama-sama dengan rakan sekerja dari Boston University. Terdahulu, Anton Buzdin dan rakan-rakannya menunjukkan bahawa banyak hsERVs mempamerkan aktiviti promoter dalam tisu manusia, iaitu memulakan transkripsi segmen-segmen DNA bersebelahan, tetapi aktiviti mereka tidak semestinya memberi manfaat kepada tuan rumah (lihat: Buzdin et al., 2006. Sekurang-kurangnya 50 % HERV-K Spesifik Manusia (HML-2 (Terminal Panjang Berulang Serial Dalam Vivo sebagai Penyokong Aktif untuk Transkripsi DNA Tanpa Hayat Host)).

Dalam artikel baru yang diterbitkan dalam jurnal Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, penulis melaporkan hasil carian yang disasarkan untuk retrovirus hsERV endogen yang bekerja sebagai penekanan, iaitu, terlibat dalam pengawalan beberapa gen manusia. Daripada 133 hsERV yang diketahui, hanya enam yang terletak berdekatan dengan gen yang dikenali (sehingga 5,000 pasangan asas di hadapan tapak permulaan transkripsi).Peningkatan sebenar biasanya (walaupun tidak selalunya) terletak di kawasan ini, jadi para penyelidik menumpukan usaha mereka pada enam hsERV ini.

Untuk mengenal pasti aktiviti penambah, para saintis menggabungkan sebahagian DNA yang mengandungi hsERV dengan gen luciferase (enzim yang menyebabkan fireflies bersinar), dan pembinaan yang dihasilkan dimasukkan ke dalam sel manusia dari beberapa budaya sel yang berbeza (lihat transfection). Pembinaan yang sama digunakan sebagai kawalan, hanya dengan hsERV dikeluarkan. Eksperimen-eksperimen ini membenarkan kami untuk menyempitkan carian ke tiga hsERV, yang, seolah-olah ternyata, secara signifikan meningkatkan ekspresi gen jiran (dalam kes ini, luciferase). Aktiviti peningkatan tiga hsERV ini ditunjukkan dalam hanya satu budaya sel (Tera1) dari empat yang diuji. Ini bermakna aktiviti penunjuk yang dikatakan dalam organisma hidup, kemungkinan besar, tidak nyata di mana-mana, tetapi hanya dalam beberapa tisu tertentu. Ia harus ditekankan bahawa eksperimen yang dilakukan tidak mengecualikan kemungkinan bahawa tiga hsERV yang lain juga mempunyai aktiviti penambah, ia hanya tidak nyata dalam budaya sel ini.

Eksperimen selanjutnya membenarkan pengarang menolak dua lagi calon dan memberi tumpuan kepada satu hsERV, yang berada di hadapan gen dalam genom manusia PRODH. Sebagaimana ternyata, hanya aktiviti pencerna hsERV yang dikesan dalam ujian luciferase ini berkait dengan ekspresi gen kawalan putative (dalam kes ini, PRODH) dalam budaya sel.

Simpanse mempunyai DNA di hadapan gen PRODH berbeza daripada manusia kerana ia tidak mempunyai retrovirus endogen. Sebagaimana ternyata, rantau manusia yang mengandungi hsERV memberikan ungkapan luciferase yang lebih tinggi dalam budaya sel Tera1 berbanding rantau simpanse.

Kesemua hasil ini mencadangkan bahawa penyisipan retroviral, yang ditakrifkan oleh penulis sebagai hsERVPRODHmembawa kepada peningkatan ekspresi gen PRODH dalam beberapa tisu badan manusia.

Adalah diketahui bahawa kegiatan kawasan-kawasan DNA pengawalselia, pada gilirannya, dapat dikendalikan oleh metilasi (lihat metilasi DNA). Eksperimen lanjut dengan sel-sel yang ditranspak telah mengesahkan bahawa ini juga berlaku untuk penambah hsERV.PRODH. Tahap metilasi yang tinggi mengurangkan keupayaannya untuk mengaktifkan ekspresi gen tetangga, sementara tahap metilasi yang rendah, sebaliknya, meningkatkan kesan penambah.

Apakah fungsi gen tersebut PRODH dan bolehkah perubahan dalam aktivitinya sebagai hasil penyisipan retroviral memainkan peranan dalam evolusi manusia? Rupa-rupanya, boleh. Enzim yang dikodkan oleh gen ini, proline dehydrogenase, terlibat dalam metabolisme proline asid amino. Dalam sel otak, proline mensintesis glutamat, neurotransmitter yang paling penting. Oleh itu, aktiviti PRODH secara teorinya, ia boleh mempengaruhi keseimbangan neurotransmitter dan, akibatnya, kerja otak. Ini disahkan oleh hakikat bahawa beberapa mutasi gen PRODH pada manusia, mereka meningkatkan risiko mengembangkan skizofrenia dan gangguan neurologi yang lain.

Penulis mengukur tahap ekspresi PRODH dalam sampel tisu manusia dan mendapati bahawa gen ini paling aktif di dalam otak. Kemudian saintis membandingkan sampel bahagian-bahagian yang berbeza dari otak. Aktiviti maksimum PRODH didapati dalam hippocampus; Aktiviti tinggi juga diperhatikan di lobus parietal dan lobak okupital dari korteks serebrum. Kemudian, tahap metilasi hsERV diukur.PRODH di bahagian yang berbeza dari otak. Retrovirus endogen sangat kuat dimethylated di mana-mana kecuali dalam hippocampus. Penulis juga membandingkan tahap ekspresi PRODH dalam tiga bahagian otak (hippocampus, korteks prefrontal dan nukleus caudate) pada manusia dan cimpanzi. Ternyata dalam ketiga-tiga jabatan ini PRODH bekerja lebih aktif pada manusia berbanding dengan cimpanzi. Akhirnya, penulis menunjukkan bahawa PRODH dinyatakan dalam hippocampus semata-mata dalam neuron, tetapi tidak di sel lain dalam tisu otak (seperti astrocytes dan sel-sel mikroglial).

Enhancers mengawal aktiviti gen yang berdekatan dengan protein pengawalseliaan khas – faktor transkripsi (TF), yang dilampirkan kepada segmen DNA dengan urutan nukleotida tertentu (tapak pengikat TF) yang membentuk penambah. Eksperimen tambahan dibenarkan untuk menetapkan hsERV ituPRODH mengandungi dua tapak mengikat aktif dari faktor transkripsi yang paling penting SOX2. Seperti banyak protein pengawal selia utama lain, SOX2 melakukan pelbagai fungsi dalam badan. Secara khusus, ia mengatur peringkat awal perkembangan embrio (lihat berita Saintis telah membangunkan kaedah baru untuk mendapatkan sel-sel stem, Elemen, 11 November 2008, dan protein telah dikenalpasti,bertanggungjawab untuk kemasukan gen tepat pada embrio, "Unsur", 02.09.2013). Di samping itu, ia memainkan peranan penting dalam pembangunan sistem saraf pusat. Di otak, ungkapan maksimum SOX2 diperhatikan di hippocampus – di mana peranan hsERV adalahPRODH dalam peraturan aktiviti PRODH, nampaknya yang paling ketara. Eksperimen telah mengesahkan bahawa SOX2 memang dilampirkan kepada dua tapak mengikat yang merupakan sebahagian daripada hsERVPRODHdan ia benar-benar membawa kepada peningkatan ekspresi PRODH.

Jadi, gambar seterusnya muncul. Pada satu ketika selepas pemisahan garis evolusi manusia dan cimpanzi ke dalam genom nenek moyang kita berhampiran gen PRODH dibina di retrovirus lain yang meletakkan aktiviti gen tersebut PRODH bergantung kepada faktor transkripsi SOX2. Ini membawa kepada peningkatan aktiviti. PRODH di bahagian otak yang berbeza, terutamanya di hippocampus, di mana ungkapan SOX2 adalah maksimal.

Bagaimana semua ini menjejaskan fungsi otak masih harus dilihat, tetapi kesannya berlaku dan berguna – tidak ada keraguan tentang hal itu, jika tidak pemilihan itu tidak akan mengekalkan inovasi sedemikian. Oleh itu, kita mempunyai satu lagi contoh bagaimana virus "dijinakkan" telah menjadi sebahagian daripada genom tuan rumah.Penulis fiksyen sains yang menulis cerita mengenai virus yang mengawal otak manusia tidak jauh dari kebenaran.

Para penulis mencatat bahawa banyak ERV manusia lain yang berkaitan dengan yang dipelajarinya mempunyai dua tapak yang sama yang sesuai untuk melampirkan SOX2. Berdasarkan hakikat bahawa kawasan-kawasan ini agak konservatif – mereka tidak banyak berubah dalam perjalanan evolusi – ia boleh dianggap bahawa sekurang-kurangnya sebahagian daripada mereka sebenarnya berfungsi sebagai tapak mengikat SOX2 dan ini adalah sesuatu yang berguna untuk badan. Ia boleh dijangka bahawa kajian lanjut mengenai retrovirus endogen akan membawa penemuan menarik baru.

Sumber: Maria Suntsova, Elena V. Gogvadze, Sergey Salozhin, Nurshat Gaifullin, Fedor Eroshkin, Sergey E. Dmitriev, Natalia Martynova, Kirill Kulikov, Galina Malakhova, Gulnur Tukhbatova, Alexey P. Bolshakov, Dmitry Ghilarov, Andrew Garazha, Alexander Aliper, Charles R Cantor, Yuri Solokhin, Sergey Roumiantsev, Pavel Balaban, Alex Zhavoronkov, dan Anton Buzdin. Insiden retroviral endogenous khusus untuk gen berkaitan skizofrenia PRODH // Proc. Natl. Acad. Sci. Amerika Syarikat. Diterbitkan dalam talian sebelum dicetak 11 November 2013.

Mengenai "penggantian molekul," lihat juga:
1) Perkara dari terbitan majalah terkini Sains, yang menunjukkan bahawa unsur-unsur mudah alih yang berpengaruh telah memainkan peranan penting dalam evolusi kromosom seks dalam lalat buah: Christopher E. Ellison, Doris Bachtrog, 2013. Pampasan Dos melalui Elemen Transposable.
2) Nenek moyang manusia meminjam gen berguna daripada virus, Unsur, 10/22/2008.
3) Perbandingan genom 29 mamalia menyoroti evolusi manusia, "Elemen", 11/05/2011.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: