Как древний генетический захватчик проник в нашу ДНК
Все мы являемся наследниками древнего генетического компонента, известного как LINE-1, который проник в наши геномы миллиарды лет назад. Этот генетический код, эгоистичный геномный колонизатор, использует механизм копирования и вставки для своего вторжения. Со временем мы, эукариотические организмы, унаследовали этот код, хотя он долгое время считался мусорной ДНК.
LINE-1 может причинить вред, вызывая мутации и болезни, и ключевую роль в этом играет белок под названием ORF2p. Изучение структуры и механики этого белка может помочь нам найти потенциальные терапевтические цели для различных заболеваний.
И вот, после более 10-летнего сотрудничества с академическими и промышленными группами, ученые смогли представить структуру белка ORF2p в высоком разрешении. Это открытие проливает свет на ключевые механизмы возникновения заболеваний LINE-1 и открывает новые возможности для разработки лекарств и стратегий борьбы с раком, аутоиммунными заболеваниями, нейродегенерацией и другими болезнями старения. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Происхождение LINE-1 до сих пор неясно, но он имеет связь с интронами группы II, древними мобильными элементами, возраст которых составляет около 2,5 миллиардов лет. Эти ретротранспозоны, включая LINE-1, эволюционировали вместе с организмами-хозяевами в течение миллиарда лет, представляя собой по-настоящему интересную и продолжающуюся «битву» между внедрением и защитой генома.
Интересно, что большинство генетических фрагментов, происходящих от LINE-1, являются неактивными реликтами эволюции, но около 100 LINE-1 остаются активными и часто бесполезными. Однако белок ORF2p, который вырабатывается этим геном, может играть роль в раковых клетках.
Исследователи боролись с трудностями изучения LINE-1 в течение многих лет из-за его уникальных особенностей, включая необычный цикл репликации и особенности белка ORF2p. Но благодаря совместным усилиям ученых из Рокфеллерского университета и Массачусетской больницы удалось достичь значительных успехов в изучении структуры и механизмов действия этого удивительного генетического компонента.
Используя современные методы рентгеновской кристаллографии и крио-ЭМ, исследовательская группа обнаружила два новых домена в ядре белка ORF2p, которые играют роль в репликации LINE-1. В процессе исследований, проведенных с использованием рентгеновской кристаллографии и крио-ЭМ, научная группа нашла две новые области в ядре ОРФ2р, которые способствуют способности LINE-1 создавать копии самого себя.
Как отмечают ученые, ОРФ2р обладает структурными адаптациями, которые уникально подходят для данных целей. Это своего рода универсальный белок, способный справиться со всем от репликации до вставки. В то время как для большинства вирусов для выполнения репликации требуется сотни белков обратной транскриптазы, ОРФ2р способен справиться с этими задачами самостоятельно.
Однако, когда LINE-1 активируется в цитоплазме, она начинает действовать подобно вирусу и создает гибриды РНК: ДНК, которые воспринимаются организмом как вирусная инфекция. Это создает возможность для решения загадки активации врожденной иммунной системы ORF2р, что в свою очередь может способствовать развитию аутоиммунных заболеваний и других состояний.
Исследование показывает, что взаимодействие с генетическим материалом в цитоплазме активирует противовирусный путь cGAS/STING. Последующее звено в этом процессе заставляет клетки вырабатывать интерфероны, которые стимулируют иммунную систему и вызывают воспаление, подобное заражению вирусом.
— Тревор ван Ювен, научный сотрудник Лаборатории клеточной и структурной биологии.
В будущем исследователи намерены изучить две недавно обнаруженные ключевые области и понять их функции.
— старший автор исследования Джон ЛаКава, доцент-исследователь Университета Рокфеллера.
Кроме того, они намерены исследовать возможное клиническое применение своих результатов. Учитывая схожесть ретротранспозонов с ретровирусами, в этом исследовании были протестированы методы лечения ретровирусов ВИЧ и ВГВ, чтобы определить, могут ли они быть применены для ингибирования LINE-1. Однако ученые сразу же предположили, что дизайн терапии должен быть приспособлен к уникальным характеристикам LINE-1.
LINE-1 может причинить вред, вызывая мутации и болезни, и ключевую роль в этом играет белок под названием ORF2p. Изучение структуры и механики этого белка может помочь нам найти потенциальные терапевтические цели для различных заболеваний.
И вот, после более 10-летнего сотрудничества с академическими и промышленными группами, ученые смогли представить структуру белка ORF2p в высоком разрешении. Это открытие проливает свет на ключевые механизмы возникновения заболеваний LINE-1 и открывает новые возможности для разработки лекарств и стратегий борьбы с раком, аутоиммунными заболеваниями, нейродегенерацией и другими болезнями старения. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Происхождение LINE-1 до сих пор неясно, но он имеет связь с интронами группы II, древними мобильными элементами, возраст которых составляет около 2,5 миллиардов лет. Эти ретротранспозоны, включая LINE-1, эволюционировали вместе с организмами-хозяевами в течение миллиарда лет, представляя собой по-настоящему интересную и продолжающуюся «битву» между внедрением и защитой генома.
Интересно, что большинство генетических фрагментов, происходящих от LINE-1, являются неактивными реликтами эволюции, но около 100 LINE-1 остаются активными и часто бесполезными. Однако белок ORF2p, который вырабатывается этим геном, может играть роль в раковых клетках.
Исследователи боролись с трудностями изучения LINE-1 в течение многих лет из-за его уникальных особенностей, включая необычный цикл репликации и особенности белка ORF2p. Но благодаря совместным усилиям ученых из Рокфеллерского университета и Массачусетской больницы удалось достичь значительных успехов в изучении структуры и механизмов действия этого удивительного генетического компонента.
Используя современные методы рентгеновской кристаллографии и крио-ЭМ, исследовательская группа обнаружила два новых домена в ядре белка ORF2p, которые играют роль в репликации LINE-1. В процессе исследований, проведенных с использованием рентгеновской кристаллографии и крио-ЭМ, научная группа нашла две новые области в ядре ОРФ2р, которые способствуют способности LINE-1 создавать копии самого себя.
Как отмечают ученые, ОРФ2р обладает структурными адаптациями, которые уникально подходят для данных целей. Это своего рода универсальный белок, способный справиться со всем от репликации до вставки. В то время как для большинства вирусов для выполнения репликации требуется сотни белков обратной транскриптазы, ОРФ2р способен справиться с этими задачами самостоятельно.
Однако, когда LINE-1 активируется в цитоплазме, она начинает действовать подобно вирусу и создает гибриды РНК: ДНК, которые воспринимаются организмом как вирусная инфекция. Это создает возможность для решения загадки активации врожденной иммунной системы ORF2р, что в свою очередь может способствовать развитию аутоиммунных заболеваний и других состояний.
Исследование показывает, что взаимодействие с генетическим материалом в цитоплазме активирует противовирусный путь cGAS/STING. Последующее звено в этом процессе заставляет клетки вырабатывать интерфероны, которые стимулируют иммунную систему и вызывают воспаление, подобное заражению вирусом.
Похоже, что главной функцией LINE-1 является размножение собственных копий, и так как LINE-1 перемещает последовательности, есть вероятность того, что эти последовательности могут повредить гены. Однако также существует возможность создания новых генетических элементов или новых функциональных возможностей, которые могут оказаться полезными для организма-хозяина
— Тревор ван Ювен, научный сотрудник Лаборатории клеточной и структурной биологии.
В будущем исследователи намерены изучить две недавно обнаруженные ключевые области и понять их функции.
Наше структурное исследование ОРФ2р заложит основу для будущих исследований, необходимых для анализа и улучшения нашего понимания механизма вставки LINE-1, его эволюции и его влияния на заболевания
— старший автор исследования Джон ЛаКава, доцент-исследователь Университета Рокфеллера.
Кроме того, они намерены исследовать возможное клиническое применение своих результатов. Учитывая схожесть ретротранспозонов с ретровирусами, в этом исследовании были протестированы методы лечения ретровирусов ВИЧ и ВГВ, чтобы определить, могут ли они быть применены для ингибирования LINE-1. Однако ученые сразу же предположили, что дизайн терапии должен быть приспособлен к уникальным характеристикам LINE-1.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Секрет 14-го моря России: куда оно пропало и почему о нем снова заговорили?
Эксперты напоминают: Кроме Печорского, у России есть и 15-е «забытое» море, и оно тоже возвращается на карты...
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...
Золотой колокольчик из Эрмитажа: почему Владимир Путин запретил выставлять этот артефакт за границей?
Сколько сокровищ потеряла Россия в последнее время, пока не поняла, что договоры с Западом не стоят даже бумаги, на которой написаны?...
3500-летние рисунки на камнях российского острова Вайгач грозят переписать древнюю историю Арктики
Ученые рассказали, кем были мореходы из забытой цивилизации Русского Севера...
Операция «Байконур»: как СССР дерзко и красиво долгие годы водил за нос весь Запад
С какого космодрома на самом деле стартовал Юрий Гагарин?...
Ученые рассказали, какой фрукт подчинил себе весь Китай
Как продукт с очень специфическим запахом стал управлять дипломатией и экономикой Юго-Восточной Азии?...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...
Американский авиалайнер резко рухнул на 7000 метров: эксперты считают виновником сбоя космические лучи из глубин Галактики
В этот раз катастрофа не произошла, но под угрозой электроника самолетов, космических аппаратов и даже автомобилей. Почему так происходит?...
Забытые истории: где искать потерянные русские города?
Последний языческий город, почему Тмутаракань — головная боль археологов и что не так со Старой Рязанью...
Главная тайна Аркаима: что спасло самый древний город на территории России от полного уничтожения?
Почему эксперты считают, что в этом месте «текут» две параллельные реальности?...
Наука в корне ошибалась: на Титане нет огромного океана, вместо этого он пронизан «слякотными туннелями»
Почему ученые уверены, что новое открытие только увеличивает шансы на нахождение жизни на крупнейшем спутнике Сатурна?...