Числилось, что из всех РНК-содержащих вирусов только ретровирусы способны синтезировать ДНК на матрице своей РНК и встраиваться в геном хозяйской клетки. Как выяснилось, другие РНК-содержащие вирусы тоже могут это делать, хотя у их нет генов, подходящих для обратной транскрипции (синтеза ДНК на матрице РНК). Встраивание этих вирусов в хромосомы обладателя выходит благодаря специфичной кооперации
Числилось, что из всех РНК-содержащих вирусов только ретровирусы способны синтезировать ДНК на матрице своей РНК и встраиваться в геном хозяйской клетки. Как выяснилось, другие РНК-содержащие вирусы тоже могут это делать, хотя у их нет генов, подходящих для обратной транскрипции (синтеза ДНК на матрице РНК). Встраивание этих вирусов в хромосомы обладателя выходит благодаря специфичной кооперации с уже обжившимися в хозяйском геноме ретровирусами.
Ретровирусы отличаются от других РНК-содержащих вирусов тем, что в их геноме есть ген обратной транскриптазы — фермента, который производит синтез ДНК на матрице вирусной РНК. Эта ДНК позже встраивается в геном хозяйской клетки и начинает плодиться вместе с ним. Если это произойдет в половой клетке, встроенный ретровирус может начать передаваться по наследству в череде поколений организмов-хозяев, другими словами стать эндогенным ретровирусом. Утратив в конечном итоге мутаций инфекционность — другими словами способность передаваться горизонтально от 1-го обладателя к другому — эндогенный ретровирус преобразуется в ретротранспозон. Ретротранспозон может плодиться только внутри хозяйских клеток, встраиваясь в разные места генома и внося сумятицу в работу генетических систем обладателя. Возможен и обратный процесс — перевоплощение ретротранспозонов в активные ретровирусы.
Другие РНК-содержащие вирусы обходятся без обратной транскрипции и встраивания в хозяйский геном. У их нет генов обратных транскриптаз, зато есть гены РНК-зависимых РНК-полимераз — ферментов, которые просто размножают молекулы РНК, минуя стадию ДНК.
До сих пор числилось, что такие вирусы не могут встраивать свой наследственный материал в геном обладателя (или, точнее, что это может происходить только только время от времени, в силу стечения ряда маловероятных событий; необходимо держать в голове, что в биологии фактически нет стопроцентно суровых правил такого рода — хоть какой догматизм здесь противопоказан).
В 1997 году швейцарские биологи установили, что в хромосомах мышей после заражения РНК-содержащим вирусом LCMV (lymphocytic choriomeningitis virus) систематически обнаруживаются кусочки вирусного генома, а непосредственно гены вирусного гликопротеина (GP) и нуклеопротеина (NP). Как происходит синтез ДНК на матрице вирусной РНК при отсутствии у вируса LCMV обратной транскриптазы, никто не знал.
В последнем номере журнала Science те же исследователи в соавторстве с сотрудниками из Франции и США произнесли о расшифровке механизма этого явления. Как выяснилось, в роли «троянского коня», обеспечивающего встраивание в хозяйский геном не приспособленного к этому вируса, выступает эндогенный ретровирус IAP (intracisternal A-type particle), около 1000 копий которого рассеяно по всему мышиному геному. IAP давно утратил инфекционность, поэтому его одинаково правильно называть и эндогенным ретровирусом, и ретротранспозоном. Вобщем, и ретротранспозонная активность сохранилась только у небольшой части копий IAP.
Понятно, что IAP активизирует свою деятельность (другими словами начинает транскрибироваться и, может быть, встраиваться в другие места генома) во время сперматогенеза (это типично и другим мобильным генетическим элементам), также в тимусе, где лимфоциты подвергаются целенаправленным геномным перестройкам. Но реальная роль IAP в мышиной физиологии и эволюции толком не известна.
Исследователи заражали мышиные клетки вирусом LCMV до тех пор, пока не получили две полосы клеток, содержащих в своем геноме вирусные гены. Позже из этих клеток были выделены и размножены кусочки геномной ДНК, включающие гены LCMV, вместе с прилегающими участками.
Оказалось, что в обеих линиях вышло встраивание в хозяйский геном вирусного гена GP. В одной полосы клеток вирусный ген встроился в 7-ю хромосому, в другой — в 10-ю. Самое главное, что в обоих случаях к встроенному вирусному гену непосредственно прилегает нуклеотидная последовательность ретротранспозона IAP.
Это позволило ученым представить, что обратная транскрипция вирусного генома и последующее встраивание получившейся ДНК в хозяйский геном были осуществлены благодаря деятельности ферментов, кодируемых ретротранспозоном IAP.
Чтобы проверить это предположение, исследователи вводили активные копии мышиного ретротранспозона IAP в клетки других видов млекопитающих (человека, зеленой мартышки, собаки и китайского хомячка), у каких интеграция генов LCMV в геном никогда не наблюдалась. В качестве контроля использовались клетки, в которые не вводили дополнительных генов или вводили ген зеленого светящегося белка. Позже все эти клетки заражали вирусом LCMV и смотрели, будет ли синтезироваться ДНК на матрице вирусной РНК.
В клетках всех 4 видов животных, в которые был введен ретротранспозон IAP, гены вируса LCMV подвергались обратной транскрипции (в среднем в 70% клеток). В контрольных клетках этого не вышло никогда. Таким образом, IAP взаправду нужен для встраивания генов LCMV в хозяйский геном, при всем этом ретротранспозон успешно справляется с этой работой не только в клетках собственного природного обладателя — мыши, ну и в клетках других животных.
Используя в опытах разные варианты ретротранспозона IAP, исследователи установили, что для успешного встраивания LCMV необходимо наличие в составе IAP неповрежденных генов pol и gag (хоть какой из этих генов кодирует по несколько белков; обратная транскриптаза кодируется геном pol).
По-видимому, объединение фрагментов геномов IAP и LCMV происходит во время обратной транскрипции: обратная транскриптаза начинает синтезировать ДНК на матрице своей «родной» РНК, но в определенный момент она переходит на РНК вируса LCMV и продолжает синтез ДНК на этой новой матрице. Подобные «сбои» в процессе обратной транскрипции были известны и ранее.
Вирус LCMV может проникать в семенники мышей, где активно работают ретротранспозоны IAP. Теоретически LCMV мог бы встроиться в геном сперматозоида и стать наследственным, но до сих пор этого не вышло: в геномах мышей, не зараженных вирусом LCMV, не удалось отыскать никаких фрагментов генома LCMV, несмотря на целенаправленный поиск.
Создатели отмечают, что обретенные ими результаты необходимо учитывать при разработке новых методов генной терапии, основанных на разработке искусственных РНК-содержащих вирусов с подходящими пациенту генами. Ведь в геноме человека тоже есть много эндогенных ретровирусов. Правда, фактически все они неактивны, но некоторые, может быть, частично сохранили активность. Эти эндогенные ретровирусы теоретически могут обеспечить встраивание геномов искусственных РНК-содержащих вирусов в человеческие хромосомы, что может привести к плохо предсказуемым последствиям. Поэтому все новые терапевтические РНК-вирусы должны проходить предварительную проверку на способность встраиваться в хозяйский геном.
Источник : Markus B. Geuking, Jacqueline Weber, Marie Dewannieux, Elieser Gorelik, Thierry Heidmann, Hans Hengartner, Rolf M. Zinkernagel, Lars Hangartner. Recombination of Retrotransposon and Exogenous RNA Virus Results in Nonretroviral cDNA Integration // Science. 2009. V. 323. P. 393–396.
(Александр Марков elementy.ru)
Похожие статьи:
