Эволюционная патология - [25]

Эндогенные ретровирусы обнаружены почти у каждого позвоночного вида. Но что касается HERV, то только два их семейства были выявлены в геноме других позвоночных, помимо приматов. Это семейства HERV–L у мышей, кроликов, собак, кошек (общий предок около 100 млн лет); и HERV–I у птиц, рептилий и рыб (общий предок около 400 млн лет) (Martin et al., 1997; Benit et al., 1999). Большинство же из инфицированных HERV зародышевых линий приматов появились в период от 20 до 40 млн лет назад (после разделения приматов Нового и Старого Света). Последующие взрывы реинтеграции/амплификации HERV в эволюции приматов были менее протяженными. Следовательно, участие HERV в эволюции приматов более ограничено по времени, чем его занимали других ретроэлементы, представленные в геноме человека. Например, LINE и SINE обнаружены почти во всех эукариотических линиях и до сих пор показывают признаки активности (см. подглаву 1.2).

Эндогенные ретровирусы имеют не только внешнюю, «транзиторную фазу», но и способны пролиферировать среди клеток зародышевой линии. Скорость такого процесса по восприятию времени человеком настолько мала, что сам факт пролиферирующей активности эндогенных ретровирусов можно установить по соотношению несинонимичных и синонимичных замен нуклеотидов отдельных генов (dN/dS). Дело тут в следующем. Количество копий эндогенных ретровирусов в пределах зародышевой линии может увеличиваться и без их репликации. Для этого существуют два альтернативных механизма: 1) ретротранспозицией в cis — когда вирусы используют собственные гены белков для мобилизации; они копируют сами себя и вставляются в новые участки хромосомы в пределах той же клетки, без обычной для ретровирусов экстрацеллюлярной фазы жизненного цикла (см. «Структура и цикл жизни ретровирусов»); 2) через комплементацию в trans, когда белки, необходимые для пролиферации вирусов, добавляются другими эндогенными и экзогенными вирусами. Ретротранспозиция в cis не требует интактного гена env (он необходим вирусу для перемещения за пределы клетки); комплементация в trans не нуждается в наличии у эндогенного ретровируса функционирующих генов. Достаточно чтобы он имел промотор и другие «мотивы» для экспрессии и упаковки РНК. Пролиферация эндогенных ретровирусов посредством таких механизмов приводит к накоплению в их геноме большого количества мутаций и стоп-кодонов (Belshaw R. et al., 2004).

Эти изменения почти не затронули «вернувшийся» в геном приматов Старого Света 6 млн лет назад эндогенный ретровирус HERV-K(HML-2). Семейство HERV-K(HML-2) впервые интегрировалось с геномом приматов около 30 млн лет назад. Отдельные провирусы, сохранившиеся с первого «пришествия» семейства в геном приматов, у человека сегодня напоминают о себе вирусоподобными частицами, продуцируемыми клетками злокачественной опухоли — тератокарциномы (human teratocarcinoma cells). Семейство вновь инфицировало зародышевую линию человека 100 тыс. лет назад (HERV-K113) уже в качестве экзогенных ретровирусов (Turner et al., 2001). Однако оно еще не «охватило» весь вид Homo sapiens. В геноме многих людей находят пустые сайты интеграции этого ретровируса (Belshaw R. et al., 2005) (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»).

HERV-K(HML-2) содержат неповрежденные открытые рамки считывания почти во всех генах, включая env. У них низкое соотношение несинонимичных и синонимичных замен (dN/dS). Эти находки указывают на постоянную селекцию интактных генов белков HERV-K(HML-2) и на то, что HERV-K(HML-2) увеличивали количество своих копий преимущественно через реинфекцию, а не через ретротранспозицию в cis или комплементацию в trans.

Y. N. Lee et al. (2007) попытались воспроизвести инфекционный провирус HERV-K(HML-2). Для определения способности структурных белков и ферментов, закодированных в геноме HERV-K, «собирать» ретровирусоподобные частицы, ими были сконструированы плазмиды, экспрессирующие Gag, Gag-PR и Gag-PR-Pol. Геном HERV-K имеет необычный нуклеотидный состав, в котором много кодонов, кодирующих аденин (A-rich). Такая особенность генома лентивирусов характерна для ВИЧ-1 и приводит к тому, что не полностью спласингсированные транскрипты мРНК ВИЧ-1 удерживаются в ядре клетке. Их экспорт в цитоплазму достигается благодаря экспрессии гена Rev. HERV-K кодирует функционально ортологичный Rev-протеин, названный Krev (или Rec), медиирующий экспорт РНК HERV-K из ядра в цитоплазму клетки (Magin C. et al., 2000). Поэтому клонирование и экспрессия генов HERV-K в культуре клеток 293Т были осуществлены с помощью ранее разработанного V. Zennou et al. (2004) вектора pCRV1.

Первоначально Y. N. Lee et al. (2007) для получения инфекционного ретровируса был использован HERV-K-К113, имеющий интактные открытые рамки считывания для вирусных белков (за исключением одного гена) и считающийся сегодня самым «молодым» среди эндогенных ретровирусов HML-2 (см. подглаву 1.2 «Эволюционная роль HERV-K»). Однако плазмиды, сконструированные на основе генов этого провируса, плохо их экспрессировали в культурах клеток и вирусные частицы не образовывались. Тогда исследователи пришли к выводу, что относительная «молодость» эндогенного ретровируса еще не гарантирует экспрессии всех его генов. Они отобрали группу из 10 вирусов, имевших дефекты, по крайней мере, в одном структурном гене, и установили консенсусные последовательности каждого гена. Синтезированный вирус с такой последовательностью нуклеотидов они назвали HERV-K