Віруси в ДНК запустили еволюцію людського ембріона

Науковці зі Стенфордського університету під керівництвом Ракель Фуеґо виявили, що залишки стародавніх вірусів у нашому геномі можуть бути ключем до початку ембріонального розвитку.

Дослідження продемонструвало, що певні фрагменти вірусної ДНК, відомі як LTR5Hs, активують процеси, без яких неможливе формування життєздатного ембріона. Як зазначає Фуеґо, «наші результати ілюструють, як нещодавно виниклі гени можуть виконувати життєво необхідні функції у розвитку людини».

Команда використала бластоїд — тривимірну модель ембріона, створену зі стовбурових клітин, що імітує фазу розвитку на п’яту добу після запліднення. Коли дослідники деактивували LTR5Hs, структура ембріона руйнувалася: клітини втрачали організацію або гинули. Без цих генетичних елементів середній шар клітин — епібласт — не формувався належним чином, що є критичним для подальшого розвитку.

Приблизно 9% людської ДНК складається з генетичного матеріалу вірусів, які інфікували наших предків мільйони років тому. Ці так звані ендогенні ретровіруси інтегрувалися у спадковий матеріал репродуктивних клітин і стали постійною частиною людського геному. Зокрема, LTR5Hs з’явилися близько п’яти мільйонів років тому — після відокремлення лінії людей та великих мавп від старосвітніх мавп, таких як бабуїни чи макаки.

Як пояснює команда Фуеґо, «багато з LTR5Hs у людському геномі є унікальними саме для нашого виду». Дослідження довело, що активність цих елементів необхідна для правильного формування бластоїду та визначення клітинних ліній. Виявлено, що LTR5Hs посилюють активність сусідніх генів, зокрема ZNF729, який відповідає за розмноження стовбурових клітин і встановлення їхньої ідентичності.

Низька експресія ZNF729 призводить до неправильного розвитку цілого шару ембріональної тканини. Ймовірно, підвищуючи активність цього гена, LTR5Hs зробили клітинні зв’язки більш «липкими», що дало нашим предкам еволюційну перевагу. Дослідники підсумовують: «еволюційна перебудова регуляторних мереж генів може не лише створювати видові інновації, але й формувати нові залежності, наділяючи недавно виниклі елементи життєвою необхідністю».

Це відкриття змінює уявлення про взаємодію людини та вірусів у еволюції. Те, що колись було інфекцією, тепер стало одним із механізмів, які запускають саме життя.