Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Клетка мобилизует несколько рычагов своего регуляторного аппарата для того, чтобы блокировать и заставить замолчать эндогенных ретровирусных пришельцев. Такие ограничивающие факторы хозяина, как TRIM5 и APOBEC3, используются для ограничения распространения вирусной инфекции по соматическим тканям организма-хозяина (Malim, Bieniasz, 2012). Накапливаются данные о том, что гены ограничивающих факторов являются главным оружием в гонке вооружений между вирусом и хозяином. Можно показать, что в ходе эволюции эти гены возникли одновременно с волнами нашествий ретровирусов, то отступая, то наступая в борьбе за превосходство в этих отношениях. Возникновение мутаций в естественном рецепторе вируса тоже может сделать хозяина невосприимчивым к инфекции. Самое важное заключается в том, что клетки могут использовать изощренный регуляторный аппарат, который накидывает петлю на включившиеся в геном провирусы. Этот аппарат может модифицировать фундаментальную структуру провирусной ДНК, затормозив ее экспрессию. В большинстве случаев это торможение ЭРЭ осуществляется метилированием цитозиновых остатков в ЦГ-связях в последовательностях цепей ДНК; другие ЭРЭ уничтожаются модификацией организации хроматина, который упаковывает геномный материал в ядре и контролирует способность генов и целых участков хромосом к активной экспрессии (Maksakova, Mager, Reiss, 2008).

Все эти механизмы вступают в игру в нелегкий период включения в клеточный геном ЭРЭ. Как мы увидим, введение этого генетического материала в половые клетки позвоночных аналогично включению фага в прокариотический геном. Оба эти процесса представляют собой обоюдоострый меч, катализирующий как опасную генетическую неустойчивость, так и эволюционные возможности для генома-реципиента. Установление конечного состояния, в котором ЭРЭ становятся стабильными элементами генома и перестают пролиферировать, является весьма длительным процессом. Подавляющее большинство из почти 100 тысяч ЭРЭ в нашем геноме было фиксировано в нем до того, как возникли гоминиды; каждый геном ЭРЭ можно проследить в геноме человека и наших ближайших сородичей, у приматов Старого Света. Это позволяет датировать инвазию половых клеток приматов временем появления раннего общего предка человека и шимпанзе (Stoye, 2012). Только одна группа человеческих ЭРЭ, называемых ЭРЭ-К, имеет локусы, не фиксированные в геноме. Человеческие ЭРЭ-К остаются в человеческих популяциях в виде полиморфизмов. Человеческий ЭРЭ-К был впервые включен в геном общего предка приматов Старого Света и человека более 30 миллионов лет назад. Этот ретровирусный элемент оставался активным на протяжении большей части этого периода, и в человеческом геноме присутствуют по меньшей мере двенадцать новых элементов, которые невозможно обнаружить у шимпанзе, с которыми мы разошлись около 6 миллионов лет назад (Belshaw et al., 2004). Существование полиморфных локусов в человеческих популяциях выдает их сравнительно недавнюю активность.

Белшоу и его коллеги (Belshaw et al., 2004) опубликовали свой анализ пролиферации этой группы ЭРЭ после их появления в геноме приматов. Выводы авторов рисуют сложную картину включения ретровирусов в геном и их пролиферации в нем путем многократных циклов реинфекции жизнеспособными вирусами из группы человеческих ЭРЭ-К. К их удивлению, очищающий отбор действует на эти вирусы так, что они сохранили способность генерировать новые ЭРЭ посредством циклов реинфекции генома приматов на протяжении более 30 миллионов лет. Малое меньшинство активных, не фиксированных вирусов человеческих ЭРЭ-К непрерывно рассевало динамичную растущую популяцию человеческих ЭРЭ-К. Несмотря на то что они были частью генома и их активность направлялась скоростью нуклеотидных замен, характерной для геномов позвоночных, вирус человеческого ЭРЭ-К продолжал эволюционировать независимо от генома приматов и находиться под действием отбора, направленного на сохранение репликативной жизнеспособности. Подавляющее большинство человеческих ЭРЭ-К фиксировалось в геноме и инактивировалось в результате мутаций, и, в самом деле, прототипичная последовательность человеческого генома (Lander et al., 2001) не содержит полностью интактных и функционально активных человеческих ЭРЭ-К-вирусов. Тем не менее длительный рост популяции человеческих ЭРЭ-К в человеческих субпопуляциях с различными наборами включений ЭРЭ-К в их геномы позволяет предполагать, что функционирующие вирусы существовали вплоть до сравнительно недавнего времени, и, возможно, такие вирусы еще можно обнаружить в неисследованных человеческих изолятах.

Процесс включения эндогенных элементов