Давня вірусна ДНК виявилася ключовою для формування людських ембріонів. Досі її вважали непотрібною

Давня вірусна ДНК виявилася ключовою на ранніх етапах формування людських ембріонів. Вона слугувала «вмикачем» для інших генів, які брали участь у перетворенні скупчення клітин на бластоцисту — стадію розвитку ембріона перед імплантацією в стінку матки. Це змінює уявлення про вірусну ДНК в людському геномі як «сміттєву» та підкреслює необхідність вивчення її функцій. Дослідження опублікували в журналі Nature.

Схема того як протікає формування ембріона в нормальних клітинах (згори) та після видалення вірусної ДНК (знизу). Nature

Звідки у людському геномі вірусна ДНК?

Оскільки віруси для розмноження використовують генетичний апарат клітини-хазяїна, їхній власний геном може іноді залишатися вбудованим у геном хазяїна, як у випадку ендогенних ретровірусів. Як вважають науковці, це є причиною появи в геномі транспозонів або «стрибаючих генів», які є повторюваними фрагментами ДНК, які можуть пересуватися з одного місця в ДНК на інше.

Протягом довгого часу такі фрагменти вважали непотрібними, адже науковці були переконані, що ключові для розвитку та еволюції організмів ділянки не будуть зазнавати змін, таких як внесення вірусної ДНК. Попри це, деякі транспозони виявилися активними у клітинах, які активно діляться, зокрема стовбурових і ракових. Щоб з’ясувати, яку роль ці транспозони відіграють у клітинному циклі людини, науковці Стенфордського та Токійського медично-стоматологічного університетів провели дослідження на сформованих у лабораторії людських ембріонах.

Що дізналися про вплив вірусної ДНК на людські клітини?

Науковці зосередилися на групі транспозонів LTR5Hs, яка є еволюційно наймолодшою з груп транспозонів у людей. Вона виникла в приматів після розділення мавп і людиноподібних приматів, а в людей має декілька транспозонів, які відрізняють людський геном навіть від геному найближчого родича — шимпанзе. Дію цих транспозонів досліджували на плюрипотентних стовбурових клітинах, які здатні дати початок будь-якій клітині тіла.

У частини з цих клітин видалили унікальний для людини транспозон із групи LTR5Hs, що призвело до порушення формування бластоцисти. Так називають стадію розвитку ембріона, коли він має вигляд заповненої рідиною «бульбашки» з клітин, одна частина якої сприяє прикріпленню зародка до стінки матки, а інша — формуванню ембріонального диска. Як виявилося, транспозони LTR5Hs у людини керують роботою специфічного для приматів білка ZNF729, який впливає на поділ клітин. Коли науковці видалили транспозони LTR5Hs, але штучно активували білок ZNF729, це частково відновило здатність ембріона формувати бластоцисту.

Чому вірусна ДНК така важлива в людському геномі?

Науковці зазначають, що білок ZNF729 є більш активним у людей, ніж в інших людиноподібних приматів і значно більш активним, ніж у мавп. Це свідчить про те, що у людей він пристосований відігравати домінантну роль у регуляції розвитку ембріона під впливом транспозонів LTR5Hs. Подальші дослідження на ембріонах людей і решти приматів допоможуть краще зрозуміти, які патології плода може спричиняти порушення роботи транспозонів LTR5Hs або білка ZNF729. Крім цього, відкриття може змусити науковців звернути увагу й на інші транспозони, які можуть виконувати важливі регуляторні функції в організмі.

Як і для чого проводять дослідження на ембріонах

📹 Нещодавно науковцям вдалося вперше зафільмувати в реальному часі імплантацію ембріона в стінку штучної матки, що підкаже, які патології можуть виникати під час цього процесу.

⏸️ Дослідники також змогли тимчасово призупинити розвиток людських ембріонів за допомогою пригнічення білка-регулятора клітинного циклу.

📖 А про те, наскільки реальним є вирощування ембріонів за межами людського організму та чому науковці цим цікавляться, розповідали в матеріалі «Механічна мати».