DNA'mızdaki eski bir viral kod hala insan olmanın ne anlama geldiğini şekillendiriyor, çalışma

DNA'nızın yaklaşık üçte birinin eski viral kalıntılardan oluştuğunu düşünün - milyonlarca yıl önce meydana gelen enfeksiyonlardan gelen genetik otostopçular.

Şimdi bu viral fragmanların sadece ölü ağırlık olmadığını, aynı zamanda genlerinizin çalışma şeklini kontrol etmeye yardımcı olmak için sessizce geliştiğini ve potansiyel olarak insan olmanın ne anlama geldiğini şekillendirdiğini hayal edin.

Bu, Kyoto Üniversitesi'ndeki araştırmacıların liderliğindeki yeni bir çalışmanın arkasındaki şaşırtıcı içgörü İnsan Biyolojisi İleri Araştırma Enstitüsü (Ashbi) ve McGill Üniversitesi.

Yayınlandı Bilim ilerlemeleriekip daha önce tanınmayan düzinelerce antik viral alt aileyi ortaya çıkardı DNA Bazıları gen regülasyonunda aktif roller oynadığı gibi görünen ve primat evrimini önemli ölçüde etkilemiş gibi görünen genomlarımıza gömülü.

Araştırmacılar, “Yaklaşımımızı 53 Simian ile zenginleştirilmiş LTR alt ailelerine uygulayarak, 75 yeni alt aileyi tanımladık ve 26 alt aileden toplam 3807 (%30.0) örnek için yeni bir ek açıklama bulduk.

Primat DNA'nın viral geçmişi

İnsan genomunun yaklaşık% 8'i endojen retrovirüslerden (ERV'ler) kaynaklanmaktadır - bunlar viral Milyonlarca yıl önce meydana gelen enfeksiyonların ardından nesiller boyunca aktarıldıktan sonra genetik materyalimizin kalıcı bir parçası haline gelen diziler.

Bu eski viral Kalıntılar genellikle uykuda kalır, ev sahibinin savunma mekanizmaları tarafından bastırılır. Bununla birlikte, belirli bağlamlarda, özellikle erken embriyonik gelişim sırasında, bu dizilerin bazıları aktif hale gelir ve genleri düzenlemek için konak transkripsiyon faktörleri ile etkileşime girer.

Bu ERV'lerin önemli bir özelliği, uzun terminal tekrarları veya “LTR'ler” - viralin her iki ucunu çevreleyen repalitif dizilerdir. DNA. Orijinal viral formlarında LTR'ler, virüsün kendisini konak genomlarına sokma ve genlerini ifade etme yeteneğini kontrol etmeye yardımcı oldu.

Bununla birlikte, genoma entegrasyondan sonra, birçok LTR etrafına sıkıştı ve konakçı tarafından düzenleyici elementler olarak seçildi. Bugün, genetik anahtarlara çok benziyorlar, yakındaki genleri hücresel bağlama bağlı olarak açar veya kapatırlar.

Bu LTR'ler önemli düzenleyici sıcak noktalardır. Bununla birlikte, araştırmacılara göre, bunları açıklama ve sınıflandırma için mevcut yöntemler derin kusurludur. Repenmasker gibi geleneksel araçlar genellikle bu dizileri yanlış sınıflandırır veya viral alt aileler arasındaki nüanslı farklılıkları göz ardı eder.

Bunu ele almak için ekip, 53 primat türünde koruma modelleriyle evrimsel dizi analizini entegre eden filogenetik bir yaklaşım kullanmıştır.

Odak noktaları, daha önce sadece birkaç kategoriye kabaca toplanmış olan MER11A/B/C adı verilen özellikle genç LTR'lerden oluşan bir aileyle başladı.

Onlarca yıl süren varsayımlar buldukları.

Gizli bir viral alt yapıyı ortaya çıkarmak

Araştırmacılar, insan genomu boyunca binlerce MER11 dizisini analiz ederek ve şempanzeler ve makaklarla karşılaştırarak, tamamen yeni MER11 alt aileleri tanımladılar: MER11_G1 ila MER11_G4. Bu yeni sınıflandırmalar tüm MER11 örneklerinin yaklaşık% 20'sini oluşturuyordu ve biyolojik aktiviteyi öngörmede çok daha doğrudu.

Her yeni alt familya farklı sergiledi evrimsel Genetik anahtarlar gibi işlev görmelerini sağlayan bazı transkripsiyon faktörü bağlanma motifleri elde edilen veya elde eden bazı kalıplar ve düzenleyici davranışlar.

Araştırmacılar, “MER11'in dört yeni alt ailesi, MER11 örnekleri içindeki epigenetik heterojenliği çözüyor gibi görünüyor ve göreceli yaşın farklı düzenleyici profillerle ilişkili olduğunu bulduk” diyor.

Eski virüsler, modern işleviyon

Bu yeni tanımlanmış viral fragmanların biyolojik olarak anlamlı etkileri olup olmadığını test etmek için araştırmacılar, büyük ölçüde paralel bir raportör deneyi (MPRA) olarak bilinen en yeni bir teknik kullandılar. Bu yaklaşım eşzamanlı testleri sağlar Gen ekspresyonunu yönlendirme yetenekleri için binlerce DNA dizisi.

Sonuçlar, yeni sınıflandırılmış alt ailelerden ikisi olan MER11_G2 ve MER11_G3'ün, insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerde yüksek düzeyde arttırıcı aktivite gösterdiğini ortaya koydu. Bu viral diziler sadece pasif fosiller değildi - Gene Expressio'yu aktif olarak etkiliyorlardıN.

Ayrıca ekip, SOX ile ilişkili transkripsiyon faktörleri için bağlanma alanlarının oluşmasına yol açan tek bir silme de dahil olmak üzere spesifik tek nükleotit değişiklikleri belirledi.

Bu motifler daha yüksek arttırıcı aktivite ile güçlü bir şekilde ilişkilendirildi. Yine de, sadece insanlarda ve şempanzelerde bulunuyorlardı, makak değil-yeni ve primat spesifik bir evrimsel GAIN.

Bu bulguları önemli kılan şey, gen düzenlemesinin primat türler arasında nasıl farklı geliştiğini açıklama potansiyelidir. Tüm primatlar ERV'leri taşırken, bu ERV'lerin evrimi ve sonraki işlevleri widely.

Örneğin, ekip en yeni yeni alt familyanın MER11_G4'ün, insanlarda ve şempanzelerde bulunan tek nükleotid silme yoluyla Sox ile ilgili motifler kazandığını buldu-ancak makak değil. Bu keşif potansiyel olarak gen düzenlemesi ve evrim anlayışımızı değiştirebilir.

Araştırmacılar, “Bu nedenle, MAY11 alt ailelerindeki bu Maymun'a özgü SOX motifleri, geliştirme sırasında soya özgü bir şekilde gen düzenleyici ağını etkileyebilir” dedi.

MER11'in ötesinde, araştırmacılar filogenetik yeniden analizlerini diğer 18 LTR grubuna genişleterek toplam 75 yeni alt aileyi ortaya çıkardılar. Dikkate değer bir durumda, embriyonik kök hücrelerdeki pluripotens ile belirgin bir şekilde bağlantılı LTR7 grubu, her biri benzersiz epigenetik imzalara sahip 12 farklı yeni alt familya içeriyordu.

Analizleri, bu yeni alt ailelerin sıklıkla CTCF, ZNF808 ve TEAD4 gibi anahtar düzenleyici proteinlerle spesifik ilişkiler sergilediğini veya belirli hücre tiplerinde kromatin erişilebilirliği için zenginleştirildiğini ortaya koydu. Bir alt familya, plasenta gelişimi için gerekli olan trofoblast hücrelerinde gen regülasyonuna bile bağlıydı.

Bu içgörüler, düzenleyici unsurların türe özgü özelliklere, gelişimsel süreçlere ve hatta hastalık duyarlılığına nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için hayati önem taşıyabilir.

Bu son bulgular, eski virüslerin biyolojimizi şekillendirmeye nasıl yardımcı olduğu konusunda yeni sorgulama çizgileri açıyor. Ekip tarafından ortaya çıkarılan farklı düzenleyici profiller, insanlar ve diğer primatlar arasındaki gen ekspresyonundaki farklılıkları açıklamaya yardımcı olabilir ve genomumuzun zamanla nasıl adapte edildiğini ve geliştiğine dair ipuçları sunabilir.

Çalışma aynı zamanda “önemsiz DNA” olarak adlandırılan fikrini hiç önemsiz olmadığı fikrini güçlendiriyor. Bunun yerine, evrimsel inovasyonun dinamik bir arşivi - milyonlarca yıl boyunca gen düzenlemesi için araçlara dönüştürülen konaklar ve virüsler arasındaki savaşların genomik bir karalama defteri.

Yazarlar, yöntemlerinin diğer şifreli ERV alt ailelerine yönelik gelecekteki araştırmalar için umut verici bir şablon olabileceğini ve genetik çalışmalar için yeni bir yön sunabileceğini vurgulamaktadır.

"Simian ile zenginleştirilmiş bu rafine ek açıklama ile LTRS, primat genomlarındaki evrimi daha iyi anlamak ve potansiyel olarak tanımlamak mümkün olacaktır. ERV'ler ve ev sahiplerindeki LTR'leri için kritik roller," Araştırmacılar sonuçlandırır.

Moleküler Silah Yarışı

Son olarak, çalışma daha derin bir evrimsel silah yarışına değiniyor. Konak genomlar, haydut viral dizileri susturmak için Krab çinko parmak proteinleri gibi proteinleri geliştirir. Buna karşılık, ERV'ler tespitten kaçmak veya düzenleyici araçlar olarak seçilmek için mutasyona uğrarlar. Bu savaş römorkörü, araştırmacıların artık yeni bir hassasiyetle kodunu çözebilecekleri moleküler parmak izleri, motifler, bağlanma alanları ve dizi sapması bırakıyor.

Nihayetinde, bu son bulgular DNA'mızdaki viral hayaletlerin sadece geçmişin kalıntıları olmadığını ortaya koyuyor. Kim olduğumuzu ve belki de kim olabileceğimizi şekillendirmeye devam eden dinamik bir sistemin parçasıdır.

"Genomumuz uzun zaman önce dizildi, ancak parçalarının çoğunun işlevi bilinmiyor," Kyoto Üniversitesi'nde Moleküler Biyoloji Profesörü ve Profesörü Dr. Fumitaka Inoue, basın bülteni. “Aktarılabilir unsurların genom evriminde önemli roller oynadığı düşünülüyor ve araştırma ilerlemeye devam ettikçe önemlerinin daha net hale gelmesi bekleniyor.”

Tim McMillan emekli bir kolluk yöneticisi, soruşturma muhabiri ve Debey'in kurucu ortağıdır. Yazısı genellikle savunma, ulusal güvenlik, istihbarat topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanır. Tim'i Twitter'da takip edebilirsiniz: @Lttimmcmillan. Tim'e e -posta ile ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e -posta yoluyla: [email protected]