Эволюционная патология - [13]
HERV | INSL4 (семейство инсулинов) | Плацента
Сопоставление палеонтологических доказательств S. Elton et al. (2001) и С. Оппенгеймера (2004) прерывистости в увеличении мозга гоминид с результатами исследований P. Jern et al. (2006) и J. M. Coffin (2004) по эндогенизации ретровирусов в геноме приматов, позволяет нам сделать предположение, что оба этих явления находятся в причинно-следственной связи и «укладываются» в теорию прерывистого равновесия эволюции видов (пунктуализм), сформулированную в 1972 г. С. Гоулдом (Stephen Jay Gould, 1941–2002) и Н. Элдриджем (Niles Eldredge, р. 1943). Их теория дополняет дарвиновскую теорию постепенной эволюции (градуализм). В ее основе лежит антиэнтропийный эволюционный механизм, названный мною «ретровирусной эволюцией» (см. подглаву 1.1).
Теория прерывистого равновесия эволюции видов предполагает, что в эволюции видов чередуются длительные периоды стабильности, когда основные черты вида сохраняются неизменными, и короткие периоды быстрых изменений, в ходе которых вид преобразуется — либо целиком превращается в другой вид, либо делится на два или более новых вида, либо «отпочковывает» их от себя (Pagel M. et al., 2006). Судя по приведенным выше данным, реализуется этот эволюционный механизм после массовых ретровирусных эпизоотий, заканчивающихся эндогенизацией ретровирусов в геноме выживших видов и наращиванием генома вида-хозяина путем образования новых собственных копий ретроэлементов; его усложнения путем образования новых экзонов из интронов и/или увеличения количества генов, подвергающихся альтернативному сплайсингу.
Заканчивая рассмотрение роли эндогенных ретровирусов в эволюции человека, важно отметить тот факт, что процесс эндогенизации отдельных ретровирусов имел место и после сформирования вида Homo sapiens (т. е. приблизительно 170 тыс. лет назад — оценка Оппенгеймера С., 2004). Например, возраст обнаруженного G. Turner et al. (2001) провируса HERV-K113 не превышает 100 тыс. лет. Он локализован в хромосоме 19 (19p13.11) и не полностью зафиксирован в человеческих популяциях. Генотипирование генетически различных популяций показало зависимость его аллельной частоты от исследуемой этнической группы. Провирус весьма распространен среди людей, живущих в Африке, Азии и Полинезии.
Основываясь на данных G. Turner et al. (2001), N. Bannert и R. Kurth (2004) предположили, что полностью интактные и активные аллели HERV все же либо представлены в популяциях людей с очень низкой частотой, либо встречаются с высокой частотой, но в генетически разделенных этнических группах. G. Turner et al. (2001) полагают, что их находка показывает способность HERV-K реинфицировать популяции людей в недавнем эволюционном прошлом, и что HERV-K113 реинфицирует людей даже сегодня (см. подглаву 1.3 «Реинфекция»; и подглаву 4.3«Эпидемиология LTR-ретроэлементов »).
Эволюционная роль L1 ретроэлементов. Обнаруженные в геноме современного человека L1 ретротранспозоны имеют свою собственную эволюционную историю, насчитывающую не менее 100–150 млн лет (Furano A.V., 2000; Han K. et al., 2005); т. е. в известном нам виде они существовали у класса млекопитающих еще во времена господства рептилий. Сегодня они образуют 16 различных семейств (L1PA16–L1PA1). Их активность в геноме человека значительно большая, чем HERV. Эффективно дуплицируя сам себя, L1, вероятно, играют ключевую роль в увеличении генома вида посредством размножения нетранспозируемых Alu- и SVA-элементов и образования ретропсевдогенов (см. «Эволюционная роль ретропсевдогенов»).
Структура типичного полноразмерного L1-элемента показана на рис. 8.
>5’-нетранслируемый регион (5’-UTR) — является внутренним промотором транспозона, не зависящим от окружающих его нуклеотидных последовательностей. Далее идут открытая рамка считывания I (ORF I), кодирующая 40 кд (р40) РНК-связывающий белок (RNA-binding protein); короткий межгенный регион (intergenic region) протяженностью 63 п.о., содержащий стоп-кодон для всех рамок считывания (мРНК L1 атипична для мРНК млекопитающих, так как она бицистронна); и малоэффективная открытая рамка считывания II (ORF II), кодирующая L1-репликазу (L1 replicase). Она содержит три консервативных домена: NH2-терминальный домен эндонуклеазы (endonuclease, EN), центральный домен обратной транскриптазы (reverse transcriptase, RT) и COOH-терминальный цинк-шарнирный домен (COOH-terminal zinc knuckle-like domain — на схеме не показан). Далее идет 3’-нетранслируемый регион (3’-UTR), содержащий консервативный G-обогащенный полипуриновый мотив (G-rich polypurine motif). AATAAA поли А-сигнал (AATAAA poliA signal) требуется для терминации РНК полимеразы II типа (RNA polymerase II, Pol II). Геномные копии L1 обычно заканчиваются А-обогащенным участком (poliA tail, показан прямоугольником). На рисунке также показаны нуклеотидные вариации разных семейств L1-элементов (Ta-1, Ta-0, L1PA2 и L1PA5) (Ostertag E. M., Kazazian H., 2001; Boissinot S. et al., 2004).
Механизм репликации L1 аналогичен другим РНК, он включает образование транскриптов других ретроэлементов, например, Alu. У млекопитающих большинство L1 неактивны из-за вставок и точечных мутаций. Из 520 тыс. L1-ретротранспозонов генома человека только около 5 тыс. имеют полноразмерный геном. Вставочная история L1-элементов генома человека в основном написана семейством Ta-1, составляющим до 90 % их популяции. Это семейство содержит значительно большее количество полноразмерных транспозонов (full-length, FL), чем L1PA2 и L1PA5 семейства, которые считают более древними. Для интеграции Ta-1 предпочитают области с низким содержанием GC. S. Boissinot et al. (2004) нашли, что Ta-1 элементы вставлены в интроны 46 известных генов и они в два раза чаще ориентированы в антисмысловом направлении в отношении этого гена (67 %), чем в смысловом (33 %). Воздействие L1-ретротранспозонов на геном человека происходит по следующим механизмам (рис. 9):
