Вероятнее всего, ретротранспасоны являются результатом заражения древними вирусами, утратившими в ходе эволюции способность заражать. Их присутствие в нашей ДНК может существенно влиять на функционирование клетки.
«Вирусы — это возбудители инфекционных заболеваний, и есть много признаков того, что они являются самым многочисленным объектом на нашей планете. Однако, помимо общеизвестных инфекционных вирусов, элементы вирусного происхождения также составляют значительную часть геномов различных организмов", - сообщают представители программы L'Oréal-ЮНЕСКО "Для женщин и науки" в пресс-релизе, отправленном в PAP.
ПРЫГАЮЩИЕ ГЕНЫ
Ретротранспозоны, как мы о них говорим, скорее всего, являются результатом интеграции ДНК различных эукариот с древними вирусами, которые в ходе эволюции утратили способность заражать. Они оставались встроенными в ДНК своих хозяев на протяжении тысячелетий.
Их называют «прыгающими генами», потому что они обладают способностью перемещаться внутри генома клетки с помощью метода «копирования и вставки», известного как ретротранспозиция. Этот процесс работает следующим образом: в самом начале последовательность ДНК ретротранспозона, присутствующая в геноме хозяина, копируется в молекулу РНК и покидает ядро клетки в цитоплазму. Здесь на основе последовательности РНК начинается производство белков ретротранспозонов.
Описанный процесс очень похож на размножение вирусов, таких как ВИЧ-1, которые заставляют клетку вырабатывать собственную РНК и белки, чтобы произвести новое поколение вируса. В случае ретротранспозонов в клетке-хозяине также образуются вирусоподобные частицы, но в отличие от инфекционных вирусов они не обладают способностью инфицировать последующие клетки. Внутри этих частиц создается новая копия ретротранспозона, которая включается в геном хозяина, обычно в месте, отличном от исходной последовательности.
ДРУЗЬЯ ИЛИ ВРАГИ?
Мало кто осознает, что мобильные генетические элементы разных типов составляют почти 50 процентов. человеческий геном. Хотя подавляющее большинство из них было деактивировано в результате мутаций в ходе эволюции, само их присутствие все еще может оказывать существенное влияние на наши клетки.
Некоторые последовательности ретротранспозонного происхождения кодируют функционально важные белки. Примером может служить плацентарно-специфичный ген, кодирующий синцитин, появление которого в геноме человека существенно повлияло на эволюцию и способствовало развитию линии плацентарных млекопитающих.
Другой важный ген этого типа — ARC, который экспрессируется в нервной системе и кодирует белок, необходимый для синаптической пластичности, участвующий в процессах обучения и памяти. Недавние исследования показали, что этот белок создает вирусоподобные частицы, которые переносят РНК между клетками.
Сохраненные последовательности ретротранспозонов также считаются одним из наиболее важных факторов, регулирующих экспрессию генов, например активность гена амилазы в слюнных железах.
Но ретротранспозоны — не только наши союзники. Некоторые из них могут негативно повлиять на хозяина. Например, когда новая копия молекулы ретротранспозона вставляется в важный ген, она может деактивировать его, что приводит к отсутствию производства соответствующего белка. Если это произойдет с генами белков, защищающих от раковой трансформации, ретротранспозон будет способствовать канцерогенезу.
Бывает и обратная ситуация: когда копия ретротранспозона расположена рядом с неактивным геном, процесс ретротранспозиции может активировать его, но нежелательным и случайным образом. У человека список заболеваний, связанных с активностью мобильных генетических элементов, касается преимущественно Х-хромосомы и включает такие заболевания, как: гемофилия А и В, миотоническая дистрофия Дюшенна и синдром Коффина-Лоури.
Научные отчеты также показывают, что активность внутриклеточных вирусов может активировать иммунную систему и вызвать воспалительную реакцию, подобно инфекционным вирусам.
Кроме того, новые изменения в геноме связаны с генетической нестабильностью, которая также напрямую связана с раком.
Полька изучает гены прыжков
Цель научно-исследовательской работы магистр.инж. Анжелика Анджеевска-Романовска, стипендиат программы L'Oréal-ЮНЕСКО «Для женщин и науки», призвана лучше понять биологию ретротранспозонов посредством исследования структуры их РНК.
Молекула РНК, будь то вирусная или транспозонная, обычно имеет форму одной цепи, что делает ее - в отличие от двойной спирали ДНК - очень гибкой, способной складываться в любые структуры и принимать различные пространственные формы, что существенно влияет на ее функции.
Анжелика Анджеевска-Романовска и ее коллеги определяют, как выглядит структура клеточных и вирусных РНК и как она меняется во время клеточных «путешествий». Он исследует, как он регулирует РНК-зависимые клеточные процессы и репликацию вируса.
Давно известно, что правильная структура транспортных и рибосомальных РНК важна для продукции клеточных белков. Все большее число исследований также указывает на то, что структура генома вирусной РНК содержит важные функциональные инструкции, поэтому терапия, нацеленная на определенные структурные элементы вирусной РНК, дает очень многообещающие результаты.
«Я считаю, что исследования свойств молекул РНК имеют большой потенциал и отвечают на многие наши вопросы о биологии организмов», — говорит Анжелика Анджеевска-Романовска. - Последние десятилетия доказали, насколько мы недооценивали роль, которую РНК играет в функционировании клеток. Мои исследования показывают, что концепции биологии меняются на наших глазах, и мы можем оказать реальное влияние на достижение истинной концепции.
«Я хотел бы продолжить исследование неизведанных областей области, в которой я работаю. Научная работа доставляет мне большое удовлетворение», — добавляет стипендиат.
***
Магистр. Анжелика Анджеевска-Романовска получила инженерное образование и степень магистра биотехнологии в Университете естественных наук в Познани. Она также была связана с Институтом генетики человека Польской академии наук, где защитила дипломную работу. Она прошла две национальные стажировки в Польской академии наук и зарубежную стажировку в Центре биологических исследований в Мадриде. В 2018 году поступила в докторантуру в Институте биоорганической химии Польской академии наук в Познани.
Она стипендиат Национального научного центра и руководитель гранта NCN PRELUDIUM. Она является соавтором 10 публикаций, в том числе первым автором отмеченной наградами публикации «Исследование нуклеиновых кислот», в которой представила первую модель структуры генома РНК активного ретротранспозона LTR в живых клетках.
За свои научные достижения на сегодняшний день она была удостоена стипендии СТАРТ, присуждаемой выдающимся молодым ученым Фондом польской науки. Также она получила стипендию ректора Университета прикладных наук для лучших студентов и трижды входила в число лучших докторантов ИЧБ ПАН.
Наука в Польше, Катажина Чехович
кепка/агт
