Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Физическое ремоделирование генома хозяина – одно из мощных отрицательных последствий включения последовательностей ЭРЭ. Рекомбинации, направляемые гомологией множества ЭРЭ, разбросанных по геному, являются всего лишь одним из аспектов вредоносных инноваций, которые могут повлиять на эволюцию хозяйского генома. Надо еще раз подчеркнуть, что по аналогии с отношениями между бактериофагами и их хозяевами бактериями возможность конверсии генов, при которой клетка-хозяин приобретает полезные гены у своего паразита, существует и в эукариотических клеток. Профаги часто предлагают «готовые» решения в виде полезных генных функций, которые придают клетке-хозяину (см. главы 2 и 3) селективное преимущество. То же самое можно сказать и о ретровирусных провирусах, хотя разнообразие генных функций, которыми они могут обеспечить хозяина, более ограниченно. Доказано, что ретровирусные гены env являются самыми полезными для клеток позвоночных, и функции этих генов неоднократно включались в геномы позвоночных в ходе их эволюции. То, что некоторые гены ЭРЭ благотворно влияют на эволюцию позвоночных, подтверждается их существованием в течение многих миллионов лет в качестве функциональных генов. Вместо того чтобы уничтожить их случайным мутационным дрейфом, естественный отбор со стороны хозяина оставил их кодирующие последовательности неизменными и способными экспрессировать функционально значимые белки. В этих последовательностях преобладают синонимические мутации, что указывает на очищающий отбор и сохраняет необходимую функцию. Эти элементы повышают приспособленность хозяина, обеспечивают лучшую устойчивость его генетических линий и поэтому были усвоены хозяйским геномом. Хозяин приручил вирусный ген и начал использовать его для собственных целей. Продуктом гена env является вирусный гликопротеин, главная роль которого при вирусной инфекции заключается в осуществлении проникновения вируса в клетку. Все продукты гена env являются фузогенными белками, опосредующими слияние (фузию) двух мембран – вирусной оболочки и цитоплазматической мембраны клетки. Другие функции могут варьировать, и белки env разных ретровирусов распознают разные белки разнообразных клеточных рецепторов; известно, что продукты генов env мышиных и обезьяньих ретровирусов обладают иммунодепрессивными свойствами. Все эти функции оказались полезными для позвоночных, что привело к эволюции и сохранению в их геномах многих генов, происходящих от ретровирусных генов env.

Рецепторная специфичность белков оболочки ЭРЭ оказалась полезной функцией и была усвоена и сохранена клетками. Один из примеров – мышиный ген Fv4. Он происходит от дефектного мышиного ЭРЭ, сохраняющего способность экспрессировать родственный env белок на клеточной поверхности. Мыши, обладающие активным (резистентным) аллелем Fv4, проявляют резистентность к патологическим эффектам экзогенного мышиного ретровируса, называемого френд-вирусом (Odaka et al., 1981). В популяциях диких мышей в Калифорнии тот же ген делает животных резистентными к ретровирусной лимфоме. Продукт гена Fv4 на клеточной поверхности захватывает клеточный рецептор определенных вирусных штаммов, меняет тропизм клеточного рецептора и лишает вирус способности к докированию и инициации входа в клетку. Это устранение опасности суперинфекции является селективным преимуществом, общим для клеток, включивших в свой геном ген env и получивших резистентность к инфицированию и заболеванию. Точно так же и у мышей, эволюционные изменения определенных внутриклеточных ограничительных факторов произошли вследствие использования продуктов ретровирусного гена gag. Мышиный ген Fv1 является гомологом ретровирусного гена gag. Несколько остатков Fv1 демонстрируют устойчивость в ходе положительного отбора (Yap et al., 2014), а это указывает на то, что эволюция видоизменила ретровирусный ген для нужд хозяина. Fv1 действует приблизительно так же, как TRIM5α, фактор, препятствующий инфицированию за счет связывания структур ретровирусного капсида и нарушения упорядоченного разрушения его в цитоплазме клетки-хозяина (Hilditch et al., 2011). Аллели гена Fv1 не только предотвращают инфицирование мышиным ретровирусом, они также препятствуют инфицированию другими типами ретровирусов, а это позволяет предположить, что они стали критически важными элементами механизма противовирусной защиты у мышей.