Опубликовано в Science 4 марта, ученые сообщают, что фрагменты вирусной ДНК, встроенные в наш геном, регулируют гены, которые являются неотъемлемыми компонентами нашей врожденной иммунной системы, первой линии защиты от патогенов, включая вирусы. Когда некоторые из этих фрагментов чужого кода удаляются экспериментально, система защиты становится поврежденной.«Мы показываем, что некоторые из этих эндогенных вирусов сформировали нашу биологию», — говорит Седрик Фешотт, доктор философии, соавтор и доцент кафедры генетики человека. «В геномах млекопитающих есть резервуары вирусной ДНК, которая питала инновации врожденной иммунной системы».Способность врожденной иммунной системы человека побеждать иноземных захватчиков зависит от хорошо скоординированной реакции.
После заражения клетки посылают тихую тревогу, высвобождая интерфероны, молекулярный сигнал, который запускает соседние клетки, чтобы активировать арсенал из сотен генов, которые борются с злоумышленниками. Анализируя общедоступные наборы геномных данных из клеток человека, авторы обнаружили тысячи эндогенных ретровирусов, которые, по-видимому, активировались интерферонами. Однако из-за того, что эти ретровирусы совершили аварийную посадку в наши геномы много миллионов лет назад, они давно утратили способность производить инфекционные частицы. Одним из ключей к потенциальной современной функции некоторых из этих интерферон-индуцируемых элементов стало их расположение в геноме.
Вместо того, чтобы распределяться случайным образом, они были обогащены рядом с генами с известными функциями иммунитета.«Для нас это были первые признаки того, что некоторые из этих элементов могут действительно участвовать в включении генов иммунитета», — говорит Фешотт, который сотрудничал над проектом с доцентом генетики человека и соавтором Нельс Элде, доктором философии. и ведущий автор Эдвард Чуонг, доктор философии, научный сотрудник Джейн Коффин Чайлдс.Чтобы проверить, действительно ли фрагменты вирусной ДНК важны для иммунитета, ученые использовали инструмент редактирования генов CRISPR / Cas9 в культуре клеток, чтобы удалить одну за другой несколько из этих вирусных последовательностей, каждая из которых расположена рядом с известными иммунными генами.
В мутантных клетках, лишенных чужеродного кода, соседние иммунные гены не могут должным образом включаться в ответ на интерферон, демонстрируя, что они действуют как переключатели, происходящие от вируса. Кроме того, когда клетки, лишенные вирусного элемента ДНК рядом с геном иммунной защиты AIM2, были инфицированы вирусом, их способность выполнять эффективный иммунный ответ значительно снижалась. Взятые вместе, результаты показывают, что древняя вирусная ДНК стала важной для создания надлежащей защиты от современных вирусных инфекций.Поскольку подобные вирусные переключатели встроены во многие иммунные гены, подразумевается, что вместе они помогают координировать нашу клеточную защиту. «Реакция интерферона подобна сигнальной системе клетки.
Мы обнаружили, что некоторые из наиболее важных переключателей в этой системе на самом деле происходят от древних вирусов», — объясняет Чуонг. В отчете также обнаруживаются ключи к разгадке того, что другие эндогенные ретровирусы могут независимо «подключать» интерфероновые ответы других млекопитающих, что потенциально указывает на широко распространенный механизм, лежащий в основе видоспецифичных иммунных ответов.
«Вероятно, не случайно врожденная иммунная система восстановила некоторые из этих вирусных остатков», — говорит Элде. Иммунная защита постоянно подвергается угрозе со стороны патогенов, которые быстро развиваются и меняют тактику вторжения. Чтобы не отставать, эволюция просто переоснастила генетический материал, который ранее поставлялся вирусами.
«Многие вирусы изначально вошли в наши геномы как часть процесса репликации вирусов», — говорит Элде. «Эволюционный процесс повернул все в нашу пользу».
