Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

Ознакомительная версия. Доступно 19 из 95 стр. на его конец. Cas9 внесет разрывы в оба эти места. Ген будет удален, а ферменты репарации заделают брешь в ДНК. Если нам нужно не удалить ген, а изменить его, например, заменить в нем один нуклеотид на другой, то одновременно с РНК-направляемым белком Cas9 мы добавим в комплекс CRISPR/Cas9 короткий фрагмент ДНК, в котором в правильном месте находится нужный нуклеотид. В этом случае ферменты репарации заделают брешь по той матрице, которую мы им предложим.

Наши коллеги секвенировали границу того самого ТАДа, где находится KIT, приготовили комплементарную ей направляющую РНК, а потом ввели ее в комплексе с белком Cas9 в оплодотворенные яйцеклетки мыши. Стали дожидаться рождения безграничных мышей.

Мы помним, как коллеги ликовали, когда у них родилась мышь с белым пятном на брюхе. Вот оно, ожидаемое событие, показывающее колоссальную важность ТАДов! Граница пала, в нужный ТАД влезли посторонние регуляторы и нарушили функцию нормального KIT!

Они эту белобрюхую мышь секвенировали и пришли в уныние. Оказалось, что они маленько промахнулись и вместе с забором снесли полдома – кусок гена KIT! То есть попали они именно туда, куда целились, но их подвела система репарации. Коряво заштопала разрывы и в итоге выкосила ген²⁹.

Но среди безграничных мышей родились и те, у которых удаление границы ТАДа произошло без сюрпризов от системы репарации. Выглядели они вполне нормально (хотя особо зоркие люди сумели отметить, что безграничные мыши имеют шоколадный, а не, как у их родителей, черный окрас), а изменения у них произошли на уровне отдельных клеток. В меланоцитах KDR смог проявить свою активность, перехватив регуляторы, которые раньше были спрятаны от него за забором, потому что принадлежат KIT, – завел контакты со своим соседом³⁰.

Пока наши коллеги взламывали границы между мышиными генами KIT и KDR, кошачья генетика не стояла на месте. Появилась статья³¹ о том, что рецессивная мутация w^sal, которая приводит к образованию больших белых пятен и общему осветлению шерсти, обусловлена делецией большого сегмента ДНК (65 тысяч нуклеотидов). Прелесть этой мутации в том, что она находится не в самом гене KIT, а перед ним, между генами KDR и KIT. Нам очень хочется думать, что эта делеция включала в себя границу двух ТАДов.

Вернемся к загадочным вставкам чужеродного генетического материала в первый интрон гена KIT, которые привели к мутациям W и W^S. Что же это были за вставки, откуда они взялись, и как попали в KIT, и что они с ним сделали? Поиск по базам геномных данных показал, что последовательности нуклеотидов в их ДНК практически полностью совпадают с последовательностью ДНК кошачьего эндогенного ретровируса FERV1.

Что такое эндогенные ретровирусы, откуда они берутся и что они делают в кошачьем геноме? Начнем с ретровирусов. Наиболее известный из них – HIV–1 (вирус иммунодефицита человека).

Их название (“ретро–”) следует понимать не так, что они древние, а так, что они обратные. Это такие РНК-содержащие вирусы, которые способны к обратной транскрипции, то есть они способны синтезировать ДНК по матрице своей РНК в цитоплазме клеток зараженного хозяина. Эта ДНК встраивается в ДНК хозяина. Встроенная ДНК ретровируса содержит длинные концевые повторы (long terminal repeats, LTR). В них находятся обманные регуляторные сигналы для хозяйской транскрипционной машины: промоторы, энхансеры и т. п. Обнаруживая эти сигналы в своем геноме, наивный хозяин транскрибирует вирусную ДНК и транслирует вирусную РНК, производя все новые и новые вирусные частицы, которые потом инфицируют другие его клетки.

Никто не знает, откуда взялись ретровирусы^32–34. Одна из школ мысли предполагает, что они могли произойти от мобильных генетических элементов (ретротранспозонов), которые, согласно другой школе мысли, могли произойти от других вирусов, которые, согласно третьей школе мысли, остались с незапамятных времен происхождения жизни.

В последнее время популярна идея, согласно которой настоящие вирусы вообще не имеют никакого отношения к возникновению ретровирусов. Предполагается, что ретротранспозоны (то есть генетические элементы, способные строить ДНК на основе своей РНК) произошли миллиарды лет назад от бактериальных самовырезающихся интронов. Потом бактерии, способные к таким трюкам, слились в симбиозе с определенной группой архей и стали протомитохондриями у протоэукариот. А уже после этого интроны из протомитохондрий проникли в геном протоэукариотического хозяина и сделались там настоящими интронами, как и паразитические ретротранспозоны, которые затем дали начало настоящим ретровирусам.

Наиболее известный ретровирус – вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) – это свободно гуляющий вирус. Он передается от человека к человеку, проникает в клетки иммунной системы, поджелудочной железы и некоторые нейральные клетки. В них он живет до тех пор, пока живы эти клетки. Потомкам этот вирус может передаться только из крови в кровь: через внутриутробное заражение или заражение в момент и после родов. Геном половых клеток человека не содержит этого ретровируса.

Ретровирусы обычно поражают клетки тела хозяина. Но чем дольше ретровирус паразитирует на хозяине, тем выше вероятность, что он когда-нибудь попадет в половую клетку или в клетку – предшественницу половых клеток. Это может привести к образованию гамет хозяина, несущих ретровирус. Если гамета со встроенной копией ретровируса после оплодотворения даст начало новому организму, то все его клетки будут нести его копии в своих геномах. И не просто нести, но транскрибировать его последовательность, транслировать его белки. Если это сильно патогенный вирус, то на этом его история и закончится вместе с короткой жизненной историей его несчастного хозяина. Только очень кроткий, почти или вовсе безвредный для хозяина вирус может стать эндогенным, встроенным в геном половых и всех остальных клеток хозяина.

Чем дольше эндогенный ретровирус коэволюционирует вместе с хозяином, тем более кротким, тем более безвредным он становится. “Кротость” его возникает за счет его очень высокой мутабильности. Отчасти потому, что обратная транскриптаза работает очень неаккуратно и делает множество ошибок при копировании, ретровирусы мутируют со страшной скоростью. Это очень полезно для нормальных ретровирусов, поскольку помогает им уходить от иммунитета, но очень вредно для эндогенных, потому что быстро ведет к их вырождению. Однако, с другой стороны, такое вырождение может обеспечить долгую и “счастливую” жизнь последовательности эндогенного ретровируса в поколениях генома-хозяина, что тоже можно считать долгоиграющей и выигрышной эволюционной стратегией.

Процесс этот обоюдный. С одной стороны, отбираются последовательности вируса, утратившие способность производить активные вирусные частицы, потом те, которые теряют способность к обратной транскрипции, то есть к перемещению по геному хозяина. С другой стороны, среди хозяев лучше всего выживают и размножаются те, которые способны подавлять вредоносную активность эндогенного ретровируса, закрывая, буквально залепляя их промоторы своими белками. Еще против эндогенного ретровируса хорошо помогает сильная упаковка того района хромосомы, где он располагается, навешивание в этом месте упаковочных белков. Полезно и саму

Ознакомительная версия. Доступно 19 из 95 стр.