Древние вирусы сыграли ключевую роль в развитии миелина, имеющего решающее значение для сложного мозга позвоночных. Открытие «ретромиелина», элемента, полученного из ретровируса, необходимого для производства миелина у млекопитающих, амфибий и рыб, подчеркивает влияние вирусных генов на эволюцию позвоночных.
Исследование показывает, что миелинизация, ключевой фактор проведения нервных импульсов и разнообразия позвоночных, обязана своим существованием древним вирусным вставкам, что бросает вызов предыдущим представлениям об эволюционной биологии. Такое сближение вирусологии и нейробиологии открывает новые возможности для изучения молекулярных механизмов эволюции и сложных взаимосвязей между вирусами и развитием позвоночных.
Исследователи сообщили в научном журнале Cell, что древние вирусы, возможно, обязаны миелином — и, как следствие, нашим большим и сложным мозгом.
Команда ученых обнаружила, что генетический элемент, полученный из ретровируса, или «ретротранспозон», необходим для производства миелина у млекопитающих, амфибий и рыб. Последовательность гена, которую они назвали «Ретромиелин», вероятно, является результатом древней вирусной инфекции, а сравнение ретромиелина у млекопитающих, амфибий и рыб позволяет предположить, что ретровирусная инфекция и события вторжения в геном происходили отдельно в каждой из этих групп.
«Ретровирусы были необходимы для развития эволюции позвоночных», — комментирует старший автор исследования и нейробиолог Робин Франклин (Robin Franklin) из Лабс-Кембриджского научного института (Labs-Cambridge Institute of Science).
«Если бы у нас не было ретровирусов, вживляющих свои последовательности в геном позвоночных, то миелинизации не произошло бы, а без миелинизации всего разнообразия позвоночных, каким мы его знаем, никогда бы не произошло».
Миелин представляет собой сложную жировую ткань, которая покрывает аксоны нервов позвоночных. Это обеспечивает быструю проводимость импульса без необходимости увеличения диаметра аксонов, что означает, что нервы могут быть расположены ближе друг к другу. Миелин также обеспечивает метаболическую поддержку нервов, а это значит, что нервы могут быть длиннее.
Миелин впервые появился на древе жизни примерно в то же время, что и челюсти, и его важность в эволюции позвоночных давно признана, но до сих пор было неясно, какие молекулярные механизмы вызвали его появление.
Исследователи заметили роль ретромиелина в производстве миелина, когда изучали генные сети, используемые олигодендроцитами, клетками, которые производят миелин в центральной нервной системе.
В частности, команда ученых исследовала роль некодирующих областей, включая ретротранспозоны, в этих генных сетях — то, что ранее не изучалось в контексте биологии миелина.
«Ретротранспозоны составляют около 40% наших геномов, но ничего не известно о том, как они могли помочь животным приобрести определенные характеристики в ходе эволюции», — добавляет автор исследования Танай Гош (Tanay Ghosh).
«Нашей мотивацией было узнать, как эти молекулы помогают эволюционным процессам, особенно в контексте миелинизации».
Ученые обнаружили у грызунов, что РНК-транскрипт ретромиелина регулирует экспрессию основного белка миелина, одного из ключевых компонентов миелина. Когда они экспериментально ингибировали ретромиелин в олигодендроцитах и клетках-предшественниках олигодендроцитов (стволовых клетках, из которых произошли олигодендроциты), клетки больше не могли производить основной белок миелина.
Чтобы проверить, присутствует ли ретромиелин у других видов позвоночных, команда ученых искала подобные последовательности в геномах челюстных позвоночных, бесчелюстных позвоночных и нескольких видов беспозвоночных.
Ученые идентифицировали аналогичные последовательности у всех других классов челюстных позвоночных (птиц, рыб, рептилий и амфибий), но не обнаружили подобной последовательности у бесчелюстных позвоночных или беспозвоночных.
«Эволюционное стремление ускорить проведение импульсов по нашим аксонам означает, что более быстрая проводимость импульсов означает, что вы можете ловить предметы или быстрее убегать от них», — объясняет Франклин.
Затем исследователи решили выяснить, был ли ретромиелин когда-то включен в состав предка всех челюстных позвоночных или существовали отдельные ретровирусные инвазии в различных ветвях.
Чтобы ответить на эти вопросы, ученые построили филогенетическое дерево из 22 видов челюстных позвоночных и сравнили их ретромиелиновые последовательности. Анализ показал, что последовательности ретромиелина были более сходными внутри, чем между видами, что позволяет предположить, что ретромиелин был приобретен несколько раз в процессе конвергентной эволюции.
Команда ученых также показала, что ретромиелин играет функциональную роль в миелинизации у рыб и амфибий. Когда исследователи экспериментально нарушили последовательность гена RetroMyelin в оплодотворенных икрах рыбок данио и лягушек, то обнаружили, что развивающиеся рыбы и головастики производят значительно меньше миелина, чем обычно.
Исследование подчеркивает важность некодирующих участков генома для физиологии и эволюции, говорят исследователи.
«Наши результаты открывают новое направление исследований для изучения того, как ретровирусы в целом участвуют в управлении эволюцией», — заключает Гош.
Авторы другого исследования утверждают, что древние вирусы в нашей ДНК могут вызывать деменцию
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
