Історія Подкасти

У ДНК людини був виявлений стародавній ретровірус - і він може бути активним

У ДНК людини був виявлений стародавній ретровірус - і він може бути активним

З’явилися яскраві докази того, що стародавній вірус, відомий раніше лише за викопними даними, стійко інфікував деяких людей на дуже низьких рівнях протягом сотень тисяч або навіть мільйонів років. Цей стародавній ретровірус є своєрідним викопним копалиною, і відкриття його неушкодженої копії в геномі людини ставить питання про те, як він вижив, і припускає, що інші з далекого еволюційного минулого можуть лежати в сплячому стані в ДНК багатьох видів.

Ретровірус розмножується, вставляючи свій геном у геном зараженої клітини. Іноді ретровіруси заражають клітини зародкових ліній - ті, що знаходяться в яйцеклітинах та спермі - і якщо ці клітини виживуть і продовжать створювати новий організм, цей новий організм міститиме ретровірус як невід’ємну частину його геному. Таким чином, геноми багатьох ссавців, птахів та інших хребетних акумулювали багато послідовностей ДНК, отриманих з ретровірусів, відомих як ендогенні ретровіруси (ERV). Приблизно 8% геному людини складається з ЕРВ, наприклад.

Переважна більшість цих послідовностей - це геномні скам'янілості, що знаходяться у запущеному стані розпаду і не здатні виробляти будь -які інфекційні частинки. Цікаво, однак, що деякі ERV були кооптовані для виконання фізіологічних функцій в організмі господаря, наприклад, для забезпечення імунітету. Ці одомашнені послідовності вірусів, хоча і функціональні, фактично стали частиною геному господаря. Вони також не можуть виробляти частинки інфекційного вірусу, як правило, втративши генетичне обладнання, необхідне для цього.

Тим не менш, є невелика частка послідовностей ERV, які можуть утворювати інфекційні частинки, і вони показують, що геноми видів господарів можуть бути заселені інфекційними ретровірусами. Цей процес погано вивчений, але останні дослідження показали майже неймовірну прихованість, з якою він може відбуватися, так що для його виявлення потрібні найсучасніші та найпотужніші методи.

Ендогенний ретровірус (FreeDigitalPhotos.net користувача "jscreationzs")

"Лох -Неське чудовисько" геному людини

Досягнення у секвенуванні цілих геномів виявили величезну різноманітність ЕРВ у геномах хребетних із значною різницею між видами. Багато з них є надзвичайно стародавніми, тоді як новіші ERV є більш неушкодженими та менш деградованими внаслідок мутації. У деяких видів, таких як миші, геном містить багато ERV, здатних продукувати інфекційні віруси, але майже всі ERV у людей (відомі як HERV), здається, є нефункціональними залишками вимерлих ретровірусів. Виняток становить лише одна група, яка називається HERV-K, яка потенційно здатна до розмноження, незважаючи на те, що їй багато мільйонів років.

Попередні дослідження послідовностей HERV-K у геномі людини показали, що він нещодавно був активним у людей, і що він навіть міг би циркулювати через інфекцію. Співавтори цього недавнього дослідження, Джулія Вілдшутте та Зак Вільямс, працюючи в лабораторії Джона Коффіна в Університеті Тафтса, шукали докази HERV-K, використовуючи дані проекту 1000 геномів та проекту різноманітності геномів людини. Команда розробила підходи, які дозволили їм надзвичайно глибоко заглибитися у ці каталоги та встановити, що геном людини містить у цілому 36 унікальних копій HERV-K, яких немає у стандартній, еталонній послідовності геномів людини-включаючи 19 нових відкриттів.

Найцікавіше, що одне з цих нових відкриттів - це цілісний вірус без будь -яких мутацій, які, як очікується, погіршують його функцію. Відкриття непошкодженого вірусу, що ховається в людській популяції, посилює можливість того, що цей ретровірус HERV-K залишався «живим» у людях до порівняно недавнього часу і міг би десь циркулювати навіть сьогодні.

Майбутні напрямки

Залишається багато питань: чи справді HERV-K активний у людей? Чи він лежить у сплячому стані і готовий знову стати агентом інфекційної епідемії? Або ознаки недавньої активності HERV-K насправді є лише передсмертним болем стародавнього ретровірусу, коли він повільно, але впевнено дрейфує до вимирання?

Чи може стародавній ретровірус призвести до повторної появи інфекційної епідемії ( Джейсон Скрагз / Flickr )

Можливо, що, перебуваючи в майже сплячому стані з дуже низьким рівнем активності, HERV-K зміг уникнути наслідків мутацій, які б інактивували його. Крім того, можуть виникнути обставини, за яких люди певним чином отримали перевагу виживання, що призвело до того, що присутність HERV-K у ДНК людини відбиралася за допомогою еволюційних процесів.

Ці гіпотези можна певною мірою дослідити, оскільки вимерлі ретровіруси можуть бути воскрешені з залишків ДНК та проаналізовані їх біологічні властивості. Вивчення того, як стародавні віруси були знищені їх видами -господарями, може дати підказки до стратегій, які ми можемо використати для боротьби з вірусами, які загрожують нам сьогодні.

Вибране зображення: ДНК людини

Стаття ' У ДНК людини був виявлений стародавній ретровірус - і він може бути активним 'Від Роберт Гіффорд спочатку була опублікована Розмова і був перевиданий за ліцензією Creative Commons.


Ендогенний ретровірус

Ендогенні ретровіруси (ERV) - це ендогенні вірусні елементи в геномі, які дуже схожі і можуть бути отримані з ретровірусів. Їх багато в геномах щелепних хребетних, і вони складають до 5–8% геному людини (нижчі оцінки

1%). [1] [2] ERV - це вертикально успадкована провірусна послідовність і підклас типу гена, що називається транспозоном, який зазвичай може бути упакований і переміщений у межах геному, щоб виконувати життєво важливу роль у експресії генів та регуляції. [3] [4] Однак ERV не мають більшості функцій транспозону, як правило, не є інфекційними і часто є дефектними геномними залишками циклу ретровірусної реплікації. [5] [6] Вони виділяються як ретроелементи провірусу зародкової лінії завдяки своїй інтеграції та зворотній транскрипції в ядерний геном клітини-господаря. Дослідники припустили, що ретровіруси еволюціонували з типу транспозону, званого ретротранспозоном, елементом класу I [7], ці гени можуть мутувати і замість переміщення в інше місце в геномі вони можуть стати екзогенними або патогенними. Це означає, що не всі ЕРВ могли виникнути як вставка ретровірусу, але деякі з них могли бути джерелом генетичної інформації в ретровірусах, на які вони схожі. [8] Коли інтеграція вірусної ДНК відбувається у зародковій лінії, це може викликати ERV, який згодом може закріпитися у генофонді популяції-господаря. [1] [9]


Тут ми досліджуємо дивовижне відкриття ендогенних ретровірусів (ERV) у нашій власній ДНК. Ендогенний ретровірус - це генетичний залишок антигенної вірусної інфекції, перенесеної предком. Виявляється, багато наших ендогенних ретровірусів є спільними для шимпанзе. Це тому, що ми маємо з ними спільного предка.

Досліджуйте далі

Наукові праці, показані в анімації за темами:

Дослідження плацентарного ендогенного ретровірусу

Відродження вимерлого ендогенного ретровірусу в ДНК людини

Порівняння людської ДНК шимпанзе та підсилювача

Дослідження щодо того, наскільки ймовірно, що ендогенний ретровірус вставить себе в одному місці різних хостів

Ендогенний ретровірус людини – W: Точне місце введення людини та інших мавп

Примітки щодо математики, використаної в цій анімації:

Стенограма

Ви, напевно, чули, що такі мавпи, як шимпанзе, є найближчими родичами людства. Ще до відкриття еволюції вчені, які вивчали порівняльну анатомію, вже об’єднали людей у ​​сімейство мавп разом із шимпанзе.

Однак у ті роки, що передували еволюції, слово "сім'я"#8221 часто вживалося у переносному значенні. Багато вчених дотримувалися точки зору "фіксованого виду". Хоча вони і люди, і шимпанзе були схожими, але різними від початку часів. Це змінилося до кінця 1800 -х років. Поряд з відкриттям процесу еволюції, вивчення скам'янілостей переконало більшість вчених, що люди та шимпанзе мають спільного предка. Ми справді сім'я! Сьогодні були знайдені сотні перехідних скам'янілостей, які стирають межу між людьми та шимпанзе.

Тим не менш, деякі люди вважають, що вивчення скам'янілостей є надто суб'єктивним. Чи існує незалежна лінія доказів, яку ми можемо використати, щоб двічі перевірити те, що, на нашу думку, ми знаємо з вивчення скам'янілостей?

Доктор Френсіс Коллінз, людина, яка керувала проектом людського геному, справедливо зазначив, що вивчення ДНК дає нам абсолютно незалежний, кількісно визначений спосіб перевірити уявлення про еволюцію. Замість того, щоб просто вірити йому на слово, тут ми самі розглянемо докази.

Загальновідомо, що ДНК чудово розкриває сімейні стосунки. У суді ДНК - це золотий стандарт для визначення того, хто є батьком. Докази ДНК зараз широко використовуються у вивченні генеалогії для з’ясування більш віддалених стосунків. Існує багато незалежних способів, за допомогою яких можна виявити ДНК для виявлення сімейних стосунків, навіть між видами! Тут ми збільшимо лише один рядок доказів: ДНК ендогенної ретровірусної інфекції, поділена між видами. У цьому випадку між людьми і шимпанзе. Щоб зрозуміти, чому ретровірусна ДНК така велика справа, давайте спочатку поглянемо, що таке ретровіруси.

Ретровірус - це особливий тип вірусу, який розмножується шляхом вставки своїх генів безпосередньо в ДНК клітини. Гени вірусу стають постійною, безшовною частиною геному клітини-господаря. Потім клітина поводиться з ДНК вірусу як зі своєю. Він зчитує гени вірусу, використовуючи їх для створення нових вірусів, і коли клітина копіює власну ДНК перед відтворенням, вона також копіює вірусну ДНК і передає її.

У ссавців сучасні ретровіруси зазвичай інфікують лейкоцити. Однак, якщо ретровірус інфікує клітину сперматозоїда або яйцеклітину, і якщо ця сперма або яйцеклітина бере участь у заплідненні, дитина в результаті матиме копію ДНК вірусу в одній з її клітин! Вона навіть передасть це своїм дітям, якщо у неї є діти.

Тепер ви можете подумати, що це гарантований смертний вирок для дитини, але імунна система іноді може впоратися з цією проблемою. Звичайні помилки копіювання в ДНК вірусу іноді вимикають віруси.

У цих випадках введення ретровірусу можна розглядати як єдину гігантську мутацію для господаря. Як і у випадку з усіма мутаціями, вставка ретровірусу може мати негативний вплив на особину, яка його містить. Це може в кінцевому підсумку стати нейтральним, або, якщо пощастить, це може виявитися корисним. Вірусні гени також діють як додатковий генетичний матеріал, з яким еволюція зможе "грати" з плином часу. Майбутні мутації можуть надати генам вірусу нові функції, деякі з яких можуть виявитися корисними. Нещодавні дослідження показали, що хоча б один раз здається, що стародавні ссавці були заражені вірусом, який допоміг під час розмноження. Багато з нащадків ссавців, включаючи людей, зрештою стали повністю залежними від вірусу. Без нього ми більше не можемо розмножуватися. Ми частково вірус!

Коли ретровірус стає проникною частиною видової ДНК, вчені називають його ендогенним ретровірусом. "Ендогенний", тому що він знаходиться всередині нас від народження. Виявилося, що геном людини містить тисячі ендогенних сегментів ретровірусу і довгу протягнуту ДНК з послідовностями, що відповідають ретровірусам. На щастя для нас, ніхто з них досі не може створити повноцінних ретровірусів. Вони просто занадто мутували, щоб досі виконувати свої оригінальні функції.

Гаразд, отже, якщо все це для вас новина, то, ймовірно, вам доведеться багато чого взяти до уваги, тому давайте підведемо підсумок дуже швидко, перш ніж подивимось, як ЕПВ є свідченням еволюції.

Ендогенний ретровірус - це ділянка ДНК, знайдена у вашій ДНК, яка потрапила туди, коли один з ваших предків був заражений ретровірусом. У рідкісних випадках гени вірусу потрапляють у сперматозоїди або яйцеклітини, де вони можуть стати постійною частиною генома виду.

Ваші ендогенні ретровіруси (ЕРВ) діють як історичні записи минулих інфекцій, які перенесли наші предки.

Тепер у цей момент ви можете запитати: “Як ми впевнені, що гени з подібними послідовностями до генів вірусів насправді походять від вірусів? Чи це було продемонстровано експериментально? ”

У кількох різних випадках: Так!

Нещодавно вчені взяли людські клітини, інкубовані в чашках Петрі, і злегка мутували ДНК одного з ендогенних ретровірусів, щоб побачити, чи знову почне виробляти віруси. Звичайно, це спрацювало! Вимерлий вірус був відроджений з послідовності ДНК, знайденої в нашому власному геномі людини! Ендогенні ретровіруси дійсно є залишками рубців від стародавніх вірусних інфекцій.

Отже, як це все служить доказом того, що люди, шимпанзе та інші примати дійсно еволюціонували від спільного предка?

Ну, у 2003 році був опублікований перший проект геному шимпанзе. В цілому, послідовності ДНК людини та ДНК шимпанзе неймовірно схожі, але якщо ми не зануримось глибше, цей факт сам по собі не може сказати напевно, чи є еволюція кращим поясненням, ніж ідея "фіксованих видів". Ми вже знаємо, що люди та шимпанзе мають подібні риси. Якщо ДНК кодує ознаки, ми повинні очікувати, що наша ДНК також буде схожою, правда? У багатьох випадках це розумна точка, але не у випадку ендогенних ретровірусів!

Пам’ятайте, що ваші ендогенні ретровіруси показують нам унікальну історію специфічних вірусних інфекцій, які зазнали ваші предки. Вони схожі на шрами в нашій ДНК, які і окремі особи набувають за своє життя і можуть передати своїм нащадкам, але лише своїм нащадкам.

Тут ми розглядаємо карти хромосом людини та шимпанзе поруч. Хромосоми - це структури в наших клітинах, які містять нашу ДНК.

Якщо люди та шимпанзе мають спільного предка, і якщо хоча б деякі з інфекцій, які ми виявляємо у нашому геномі, відбулися до розщеплення шимпанзе/людини, ми повинні знайти ті самі гени вірусу в однакових місцях як у геномах людини, так і в шимпанзе.

На відміну від цього, якщо люди і шимпанзе не мають споріднення, вони не повинні мати спільну історію вірусних інфекцій.

Звичайно, цілком можливо, що протягом всієї історії обидва види були інфіковані одними і тими самими вірусами (люди і шимпанзе сьогодні іноді хворіють один одного), але якщо шимпанзе і людина не мають відношення, ці гени вірусу не будуть виявлені в однакові місця розташування ДНК шимпанзе та людини. Це пояснюється тим, що коли ретровірус заражає господаря, у геномі господаря є багато різних плям, куди він може потрапити.

Обширні лабораторні експерименти з ретровірусами виявили, що в геномі людини існує набагато більше 10 мільйонів можливих плям вставки. Іншими словами, ймовірність зараження людини і шимпанзе в одному і тому ж місці одним і тим же конкретним типом вірусу набагато менше 1 на 10 мільйонів.

"Ви кажете, що є шанс?"

Ну … це смішно малоймовірно і швидко погіршується. Якщо обидві особини інфіковані лише 12 -ма однаковими вірусами, ймовірність того, що кожен з цих 12 -ти вставив себе в однакові місця розташування ДНК обох господарів, становить менше 1 у кількості всіх атомів, які, за оцінками, існують у спостережуваному Всесвіті!

Щоб отримати приблизне уявлення про те, скільки вкладок ділиться між людьми та шимпанзетами, дослідники відсканували обидва наших генома, шукаючи тип ретровірусу, який, на їхню думку, був поширений у людей. Вони виявили 211 вставок у геномі людини, 208 - у шимпанзе. Щоб з'ясувати, чи є якісь із цих вставок у тих самих місцях як у людей, так і у шимпанзе, вони порівняли унікальні фланкирующие послідовності ДНК з обох сторін кожної вставки. Якщо ви думаєте про вірус як рубці, то побічні послідовності - це здорові шматочки тканини навколо рубця, які вказують вам, де цей шрам знаходиться.

Вони виявили, що ми ділимось не лише 1, не лише 12, а 205 вставками. 205 з 214 для цієї конкретної групи вірусів!

Це цілком зрозуміло, якщо еволюція істинна. 205 спільних вірусів були вставлені десь перед розщепленням шимпанзе/людини. 6 унікальних для людини вставки та 3 унікальних для шимпанзе або представляють вставки, що відбулися після розщеплення, або вони представляють делеційні мутації, які видалили кілька вірусів лише в одній лінії після розщеплення шимпанзе/людини.

На противагу цьому, якщо ми хочемо вірити фіксованому виду видів, ми змушені зробити висновок, що ці віруси поділяються просто за збігом обставин.

Коли ми підраховуємо, навіть переконуючись, що враховуємо 9 вірусів, які не поділяються між двома видами, ймовірність того, що це станеться за збігом обставин, менша за 1 у … цій божевільній цифрі!

Цього доказу має бути достатньо, щоб навіть найнеохочіша, раціональна людина ще ретельно відкинула погляд на фіксований вид.

Однієї лише ендогенної ретровірусної ДНК більш ніж достатньо для незалежного підтвердження того, що ми вже знали з вивчення скам'янілостей. Тим не менш, те, що ми побачили тут, - це лише вершина айсберга. Існує багато інших рядків доказів ДНК. Разом вони демонструють, поза всяким розумним сумнівом, що люди та шимпанзе дійсно еволюціонували від спільного предка. Ми - сім'я.


Докази того, що залежна поведінка має міцний зв'язок із давньою ретровірусною інфекцією

Ретровірус має мембрану, що містить глікопротеїни, які здатні зв’язуватися з білком -рецептором клітини -господаря. У клітці є дві нитки РНК, які мають три ферменти: протеазу, зворотну транскриптазу та інтегразу (1). Першим етапом реплікації є зв'язування глікопротеїну з рецепторним білком (2). Після того, як вони були зв'язані, клітинна мембрана деградує, стаючи частиною клітини -господаря, і нитки РНК та ферменти потрапляють у клітину (3). Усередині клітини зворотна транскриптаза створює комплементарну ланцюг ДНК з РНК ретровірусу, і РНК деградує, ця нитка ДНК відома як кДНК (4). Потім кДНК реплікується, і дві нитки утворюють слабкий зв'язок і входять у ядро ​​(5). Потрапляючи в ядро, ДНК інтегрується в ДНК клітини -господаря за допомогою інтегрази (6). Ця клітина може залишатися спокійною, або РНК може бути синтезована з ДНК і використана для створення білків для нового ретровірусу (7). Одиниці рибосом використовуються для транскрипції мРНК вірусу в амінокислотні послідовності, які можуть бути перетворені на білки в грубій ендоплазматичній сітці. Цей крок також виробляє вірусні ферменти та білки капсиду (8). Вірусна РНК буде вироблятися в ядрі. Потім ці шматочки збираються разом і відщипуються від клітинної мембрани як новий ретровірус (9). Кредит: Вікіпедія/CC BY-SA 3.0

Нове дослідження міжнародної групи під керівництвом кафедри зоології Оксфордського університету та Національного Каподистрійського університету в Афінах, опубліковане сьогодні у Праці Національної академії наук (PNAS), показує, що стародавній ретровірус - HK2 - частіше зустрічається у наркозалежних і, отже, істотно асоціюється із залежністю.

Геном людини «завалений» залишками стародавніх ретровірусних інфекцій, які вторглися в зародкову лінію наших предків -приматів. Лише один з них може бути поширеним у сучасної людини під назвою HERV-K HML-2 (HK2), і не всі люди мають у своїх геномах однакові віруси HK2. Один специфічний незвичайний HK2, який лежить близько до гена, що бере участь у дофамінергічній активності в мозку (RASGRF2), частіше зустрічається у наркозалежних, і тому він суттєво асоціюється із залежністю.

Дослідницькі групи Оксфордського університету та Університету Афін показали, що HK2 може маніпулювати генами поблизу. Їх дослідження дає вагомі докази того, що незвичайні інтеграції HK2 можуть бути причиною невизначеного патогенного тягаря залежної поведінки.

Команда аналізувала зразки пацієнтів, інфікованих вірусом гепатиту С (ВГС) з Великобританії, та ВІЛ-інфікованих пацієнтів з Греції, які заразилися відповідно до відомих шляхів зараження (ін’єкційні наркотики), щоб визначити частоту інтеграції HK2 у окремих осіб. Конкретна вставка HK2 у ген RASGRF2 зазвичай поширена у 5-10% населення.

Це дослідження показує, що люди з чітко вираженою залежною поведінкою, тобто особи, які вводять наркотики (ПІН), у 2-3 рази частіше мають інтеграцію HK2 у RASGRF2 (ген, який бере участь у регуляції дофамінергічної активності в мозку). Таким чином, це є вагомою ознакою того, що HK2 в межах RASGRF2 схильний до цих людей у ​​залежності.

Професор Катсуракіс з Оксфордського університету, який був одним із керівників дослідження, сказав: «Ми знаємо чіткі біологічні ролі для невеликої кількості ендогенних ретровірусів людини. Однак ніколи раніше не було вагомих доказів на користь ролі ендогенного ретровірусу в біології людини, яка не є фіксованою, іншими словами, поділяється не всіма особами в популяції. Наше дослідження вперше показує, що рідкісні варіанти HK2 можуть впливати на складні риси людини. Повторення цього висновку в окремих когортах Афін та Глазго є особливо важливим ''.

Доктор Магіоркініс з Афінського університету, який керував дослідженням, додав: «Більшість людей вважає, що ці стародавні віруси нешкідливі. Час від часу люди виявляли надмірну експресію HK2 у раку, але було важко відрізнити причину від наслідку. У 2012 році, після 20-річної полеміки щодо їхньої патогенної ролі в організмі людини, ми намагалися перевірити гіпотезу високого ризику про те, що ВІЛ можуть бути відповідальними за захворювання людини. Наша пропозиція була підтримана Радою медичних досліджень, і тепер у нас є вагомі докази того, що ВІЛ можуть бути патогенними. Вперше нам вдається розрізняти причину та наслідок патогенності HERV ''.

Інтеграція вірусу передує появі сучасної людини, як це було виявлено в геномах неандертальця та денісова, і тому не поведінка СІН визначає наявність вірусу. Швидше за все, ймовірно, що вірус асоціюється із залежною поведінкою. Не всі СІН переносять цей вірус, тому буде задіяно багато інших генетичних та поведінкових факторів, але це важливий фактор прогнозування залежності. Крім того, експериментальна робота дослідників підтримує причинну роль у вираженні RASGRF2, а отже, і залежності.

Надаючи підтримку сильній генетичній схильності до залежної поведінки, дослідницька група Оксфорда виступає за підтримку медико-фармакологічних втручань на підтримку наркоманів. Їх дослідження показує, що нові технології секвенування та великі геномні проекти, такі як проект 100 000 геномів, забезпечать краще розуміння генетичних особливостей, які раніше не були добре вивчені.

Доктор Магіоркініс сказав: "Погляд у цю" темну "частину геному відкриє більше геномних секретів".

Більшість HERV в геномі поділяють більшість людських індивідів. Тож якщо ви оберете двох випадкових людей і перевірте, чи є у них однакові HERV в одному геномному місці, він буде там. Це не вірно для деяких копій HK2, існують варіації, коли певні особини несуть додаткові копії у своїх геномах у різних місцях. Дивно, але виявляється, що є деякі рідкісні варіанти, коли інтегрований вірус «компетентний у кодуванні». Іншими словами, це непорушний план, який можна використати для створення нових вірусів, які можуть бути активними та спричиняти проблеми для господаря людини.

HERV несуть сигнали для маніпулювання механізмом реплікації хоста, і роблять це в своїх корисливих цілях - щоб збільшити кількість своїх копій за рахунок хоста. Однак, якщо вони інтегруються поблизу гена, ці самі сигнали вплинуть на експресію та функцію гена, біля якого вони інтегрувалися. Хоча дослідники все ще мають прогалини у розумінні того, як саме це відбувається, експерименти цієї дослідницької групи показують, що шляхом вставки HK2 у ген транскрипція гена була значно змінена.

З моменту відкриття ВІЛ та (людського Т-лімфотропного вірусу) HTLV це третій випадок, коли ретровірус людини був сильно пов’язаний із шкідливим впливом на людину. У цьому випадку шкідливий вплив, який виявили дослідники, - це складний поведінковий стан. Можна сказати, що цей вірус є «умовно -патогенним», оскільки багато людей можуть його переносити і не зазнавати негативних наслідків.

Поширення ВІЛ -інфекції між людьми Відмінності у поширеності HK2 в значній мірі є спадковими, хоча можливо, що деякі віруси HK2 все ще можуть бути заразними у людській популяції. Дуже перспективним напрямком майбутніх досліджень є взаємодія між HK2 та іншими інфекційними вірусами людини. Примітно, що дві когорти СІН, які досліджували дослідники, хронічно інфіковані ВІЛ та HCV відповідно.

Дослідники сподіваються, що, розуміючи механіко-біохімічні особливості залежної поведінки, можна розробити кращі фармакологічні цілі для розробки ліків. А оскільки HK2 (прогностичний фактор) є ретровірусом, можливо, що існуючі ліки можуть бути використані як відправні точки для досліджень у цій галузі.


Імунна система для геному

Виходячи з наших нових висновків, ми припускаємо, що існує спеціалізована імунна система для захисту від вторгнення ретровірусних геномів. Як і звичайна імунна система, ця включає вроджену реакцію-свого роду захист загального призначення від нападників-і адаптивну реакцію, яка вчиться розпізнавати конкретних патогенів і знищувати їх.

На ранніх стадіях зараження яйцеклітин або сперматозоїдів змінена послідовність ДНК призводить до «молекулярного малюнка», який розпізнається вродженою імунною системою генома, яка припиняє активність вірусу і починає виробляти характерні послідовності піРНК для розпізнавання загарбника.

Вроджена імунна відповідь діє до тих пір, поки не буде створена пам’ять про загарбника геному і не почнеться адаптивна реакція, специфічна для послідовності.

Ми пропонуємо систему, за допомогою якої послідовність із ретровірусу, що вторгнеться, може спочатку «заглушити» свої гени, а потім за допомогою цільових процесів вона з часом стає невід'ємною частиною геному господаря.

Ця «геномна імунна система» змінює наше розуміння того, що формує геноми всіх тварин. Більше ми не можемо розглядати геном як беззахисну сутність, якою керує виключно природний відбір - він бореться з цим.

Автори: Кейт Чеппелл, старший науковий співробітник Школи хімії та молекулярних біологічних наук Університету Квінсленду


Впіймання ретровірусу на ділі

Майже всі відомі вторгнення геному ретровірусу відбулися мільйони років тому. Однак KoRV - це нещодавно визначений виняток. Вірус поширюється між окремими особами, але також заражає сперматозоїди та яйцеклітини, тому багато коал народжуються з цим збудником у складі їх геному.

Ми з колегами з Університету Квінсленду співпрацюємо з науковцями з Медичної школи Університету Массачусетса, щоб проаналізувати, як сперма та яйцеклітини коали реагують на інфекцію KoRV-A.

Наші висновки, опубліковані сьогодні в Cell, свідчать про те, що ці клітини мають нову «вроджену імунну відповідь геному» на вірусну інфекцію, яка може допомогти контролювати поширення інфекційного KORV.

У рамках цього проекту команда проаналізувала ДНК та РНК з різних зразків тканин померлих диких коал з Південно -Східного Квінсленду. (Як і ДНК, РНК також містить генетичну інформацію про коал - але з цього також складається власний геном KoRV.)

Команда спеціально шукала короткі послідовності РНК довжиною від 23 до 35 нуклеотидів, відомі як взаємодіючі РНК PIWI (піРНК). Кластери послідовностей піРНК зберігаються всередині геному і служать своєрідним банком пам'яті небажаних послідовностей - сигнатур вторгнення вірусів - на які можна націлитись.


Спіймати ретровірус на ділі

Майже всі відомі вторгнення геному ретровірусу відбулися мільйони років тому. Однак KoRV - це нещодавно визначений виняток. Вірус поширюється між окремими особами, але також заражає сперматозоїди та яйцеклітини, тому багато коал народжуються з цим збудником у складі їх геному.

Ми з колегами з Університету Квінсленду співпрацюємо з науковцями з Медичної школи Університету Массачусетса, щоб проаналізувати, як сперма та яйцеклітини коали реагують на інфекцію KoRV-A.

Наші висновки, опубліковані сьогодні в Cell, свідчать про те, що ці клітини мають нову «вроджену імунну відповідь геному» на вірусну інфекцію, яка може допомогти контролювати поширення інфекційного KORV.

У рамках цього проекту команда проаналізувала ДНК та РНК з різних зразків тканин померлих диких коал з Південно -Східного Квінсленду. (Як і ДНК, РНК також містить генетичну інформацію про коал - але це також те, з чого складається власний геном KoRV.)

Команда спеціально шукала короткі послідовності РНК довжиною від 23 до 35 нуклеотидів, відомі як взаємодіючі РНК PIWI (піРНК). Кластери послідовностей піРНК зберігаються в геномі і служать своєрідним банком пам’яті небажаних послідовностей - сигнатур вторгнення вірусів - на які слід націлюватись.


Впіймання ретровірусу на ділі

Майже всі відомі вторгнення геному ретровірусу відбулися мільйони років тому. Однак KoRV - це нещодавно визначений виняток. Вірус поширюється між окремими особами, але також заражає сперматозоїди та яйцеклітини, тому багато коал народжуються з цим збудником у складі їх геному.

Ми з колегами з Університету Квінсленду співпрацюємо з науковцями з Медичної школи Університету Массачусетса, щоб проаналізувати, як сперма та яйцеклітини коали реагують на інфекцію KoRV-A.

Наші висновки, опубліковані сьогодні в Cell, свідчать про те, що ці клітини мають нову «вроджену імунну відповідь геному» на вірусну інфекцію, яка може допомогти контролювати поширення інфекційного KORV.

У рамках цього проекту команда проаналізувала ДНК та РНК з різних зразків тканин померлих диких коал із південно -східного Квінсленду. (Як і ДНК, РНК також містить генетичну інформацію про коал - але це також те, з чого складається власний геном KoRV.)

Команда спеціально шукала короткі послідовності РНК довжиною від 23 до 35 нуклеотидів, відомі як взаємодіючі РНК PIWI (піРНК). Кластери послідовностей піРНК зберігаються в геномі і служать своєрідним банком пам’яті небажаних послідовностей - сигнатур вторгнення вірусів - на які можна націлитися.


У ДНК людини був виявлений стародавній ретровірус - і він все ще може бути активним - Історія

(Внутрішня наука) - Віруси, які вторглися в ДНК предків людства мільйони років тому, тепер можуть відігравати критичну роль на самих ранніх етапах розвитку людства, кажуть дослідники.

Відкриття проливає світло на ключову роль, яку віруси могли зіграти в еволюції людини, додали вчені.

Ранні етапи ембріонального розвитку лежать в основі того, що стає органами і тканинами організму. Минулі дослідження показали, що цілий ряд факторів може впливати на ранній розвиток людини, наприклад, дієта та середовище батьків. Now researchers find that viruses incorporated into the human genome may be another major factor.

Viruses infect cells in order to hijack their machinery and make copies of themselves. One type of virus known as a retrovirus does this by weaving its own genes into the DNA of its hosts. The most infamous retrovirus is HIV, the virus that causes AIDS.

In rare instances, retroviruses infect sperm or egg cells. If those cells go on to become part of a person, his or her cells will contain retroviral DNA, which they can then pass onto their descendants. Prior studies revealed that at least 8 percent of the human genome is made up of these so-called endogenous retroviruses — the remnants of retroviral infections our ancestors had millions of years ago. These retroviral elements no longer produce active viruses.

Scientists had long thought that endogenous retroviruses might be junk DNA that did nothing within the human genome. However, recent studies found that one class of endogenous retroviruses known as human endogenous retrovirus subfamily H, or HERV-H, is surprisingly active in human embryonic stem cells, and is key to their ability to become any other kind of cell in the body. Past research suggests that HERV-H sequences are unique to humans and great apes, invading primates less than 20 million years ago.

Now researchers find that retroviral material could play key roles from the beginning of human development.

"Endogenous retroviruses might have played an important role in human evolution," said lead study author Jonathan Göke, a computational biologist at the Genome Institute of Singapore.

The possibility that the early stages of human development might depend in part on genetic material from an outside source, much less a virus, is counter-intuitive, Göke said. Still, random mutations are a very slow way to introduce lasting changes to genomes — retroviruses may have proven a fast way at introducing genetic alterations, including ones important enough to steer the course of human development, he said.

The scientists investigated more than 650,000 retroviral elements within the human genome, about 5,000 of which belong to HERV-H. They analyzed previously published data about the activity of these retroviral elements in unfertilized egg cells and human embryonic stem cells, as well as during the earliest stages of development, including the one-cell stage, known as the zygote the two-cell, four-cell and eight-cell stages the morula, when the embryo becomes a solid ball of cells and the blastocyst, when the embryo becomes a hollow ball of cells.

"They did a really good job going the distance to dig through the data," said molecular biologist Didier Trono at the Federal Polytechnic School of Lausanne in Switzerland, who did not take part in this research.

The researchers discovered that roughly 1,400 of these retroviral elements were only expressed at specific times during embryonic development. They believe these are under control of the embryo's cellular machinery and therefore "potentially important in development," Göke said.

It remains uncertain what role these retroviral elements play in early human development, but it may have to do with how millions of years of evolution have made viruses masters at controlling the biology of their victims. One possibility is that embryos are using these retroviral elements as signals to switch on genetic activity within their cells. Originally, the retroviruses used these signals to activate themselves, but the cells may now have co-opted these signals to activate other parts of their genome instead, Göke said.

One challenge to determining what these retroviral elements do is that they do not exist in common lab animals such as mice, and they are not active in the human cell lines most widely used in research. Göke and his colleagues are now attempting to identify other cells these retroviral elements show activity in to study their function.

All in all, Trono noted that up to a whopping 70 percent or so of the human genome may actually come from retroviruses, much of it now too degraded to identify as such.

"These virus-like elements are increasingly now seen not as junk DNA, but as involved in regulating most aspects of human biology, from early development to the physiology of every single system, from our brain to our immune system," Trono said.

The scientists detailed their findings in the Feb. 5 issue of the journal Cell Stem Cell.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, and many other news outlets. He tweets at @cqchoi. Reprinted with permission from Inside Science, an editorially independent news product of the American Institute of Physics, a nonprofit organization dedicated to advancing, promoting and serving the physical sciences.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science.


Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection

New research from an international team led by Oxford University's Department of Zoology and the National-Kapodistrian University of Athens, published today in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), shows that an ancient retrovirus -- HK2 -- is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The human genome is "littered" with remnants of ancient retrovirus infections that invaded the germline of our primate ancestors. Only one of these may still be proliferating in modern humans named HERV-K HML-2 (HK2), and not all humans have the same HK2 viruses in their genomes. One specific uncommon HK2, which lies close to a gene involved in dopaminergic activity in the brain (RASGRF2), is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The Oxford University and University of Athens research teams have shown that HK2 can manipulate nearby genes. Their study provides strong evidence that uncommon HK2 integrations can be responsible for the unappreciated pathogenic burden of addictive behaviours.

The team analysed samples of Hepatitis C Virus (HCV)-infected patients from the UK and HIV-infected patients from Greece who had become infected according to distinct, known routes of infection (injecting drugs), to determine the frequency of the HK2 integration in individuals. The particular HK2 insertion in the RASGRF2 gene is usually prevalent in 5-10% of the population.

This study shows that people with well-defined addictive behaviour i.e. Persons Who Inject Drugs (PWID) are 2 to 3 times more likely to have the integration of HK2 within RASGRF2 (a gene involved in regulating dopaminergic activity in the brain). It is thus a strong indication that HK2 within RASGRF2 predisposes these people in addictive behaviour.

Professor Katzourakis, from the University of Oxford, who co-directed the study said: 'We know of clear biological roles for a small number of human endogenous retroviruses. However, there has never before been strong evidence in support of a role in human biology of an endogenous retrovirus that is unfixed, in other words not shared by all individuals in the population. Our study shows for the first time that rare variants of HK2 can affect a complex human trait. The replication of this finding in the distinct Athens and Glasgow cohorts is particularly important.'

Dr Magiorkinis, from the University of Athens, who led the study added: 'Most people think these ancient viruses are harmless. From time to time, people have shown overexpression of HK2 in cancer, but it has been difficult to distinguish cause from effect. Back in 2012, following a 20-year controversy regarding their pathogenic roles in humans, we sought to test the high-risk hypothesis that HERVs can be responsible for human disease. Our proposal was supported by the Medical Research Council, and now we have strong proof that HERVs can be pathogenic. For the first time, we are able to make a distinction between cause and effect in HERV pathogenicity.'

The integration of the virus predates the emergence of modern humans, as it has been found in Neanderthal and Denisovan genomes, and therefore it is not the behaviour of PWIDs that determines the presence of the virus. Rather, it is likely that the virus is associated with addictive behaviour. Not all PWIDs carry this virus so there will be many other genetic and behavioural factors involved, but this is an important predictive factor in addiction. Furthermore the researchers' experimental work supports a causal role in the expression of RASGRF2 and hence addiction.

By providing support for a strong genetic predisposition of addictive behaviour, the Oxford research team advocates in support of medical-pharmacological interventions in support of addicts. Their study shows that new sequencing technologies and large genomic projects such as the 100,000 genomes project will deliver enhanced understanding of genetic features that were previously not well-understood.

Dr Magiorkinis said: 'Looking into this "dark" part of the genome will unlock more genomic secrets.'

Most HERVs in the genome are shared by most human individuals. So if you pick two random people and check to see if they have the same HERVs in the same genomic location, it will be there. This is not true of some copies of HK2 there is variation, with certain individuals carrying extra copies in their genomes at distinct locations. Amazingly, it appears there are some rare variants where the integrated virus is 'coding competent'. In other words, it is an unbroken blueprint that could be used to make more viruses which could be active and cause problems to the human host.

HERVs carry signals to manipulate the host's replication machinery, and they do this for their own selfish purposes -- to increase their copy number at the expense of the host. However, if they integrate near a gene, these same signals will affect the expression and function of the gene near which they have integrated. While researchers still have gaps in their understanding of how exactly this happens, the experiments of this research team show that by inserting HK2 within a gene the transcription of the gene was significantly altered.

Since the discovery of HIV and (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, this is the third case in which a human retrovirus has been strongly linked with a harmful effect in humans. In this case, the harmful effect that researchers have identified is a complex behavioural condition. It could be said that this virus is 'conditionally pathogenic' as many individuals could carry it and not suffer negative consequences.

HIV spreads between individuals differences in prevalence of HK2 are largely heritable, although it is possible that some HK2 viruses could still be infectious in the human populations. A very promising area of future research are the interactions between HK2 and other infectious human viruses. It is notable that the two cohorts of PWIDs that the researchers investigated are chronically infected with HIV and HCV respectively.

The researchers hope that by understanding the mechanistic-biochemical features of addictive behaviour better pharmacological targets can be developed for drug development. And as HK2 (the predictive factor) is a retrovirus it is possible that existing drugs could be used as starting points for research into this area.

List of site sources >>>