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
Река длиной 60 километров: зачем она протекает по дну Черного моря?
Ученые говорят: от этого потока зависит абсолютно все живое в море. Почему так происходит?...
Деревянной конструкции... 500 тысяч лет: его построили не Homo Sapiens. Но тогда кто?
Археологи говорят, что, кроме каменного, бронзового и железного, был еще один век, сейчас почти потерянный...
Умели ли древние египтяне летать: в истории 2200-летнего артефакта поставлена точка?
Эта находка более столетия вызывала ожесточенные споры у ученых, и даже сейчас, когда все вроде ясно, история Саккарской птицы явно не закончена...
Жуткое существо заставляет муравьев жить в 10 раз дольше и делает их царями в муравейнике
Биологи сумели раскрыть потрясающий ДНК-детектив, замешанный на молекулярном обмане и генетическом перепрограммировании...
NASA скрывало следы НЛО: ученый рассказал об аномалиях лунных миссий
Странные шары сопровождали астронавтов на Луне, и этот феномен до сих пор не разгадан...
Загадочный древнерусский город: в одном районе приносили людей жертву и в другом — верили в Христа
Изломанный человеческий череп в основании печи поразил российских археологов...
Эта гроза с молниями никогда не заканчивается. Ученые, наконец, выяснили почему
Маракайбо: 28 вспышек в минуту, 140-160 дней в году, риск попадания молнии выше всех на планете...
Почему кашалоты спят вверх головой: ученые все-таки разгадали секрет хищных китов
Тайна оказалась связанной с «чудесными» пузырьками воздуха...
NASA показало невероятные кристаллы, растущие на МКС: что там вообще происходит?
По словам ученых, когда отключается гравитация, начинаются настоящие чудеса...
Неправильные радиоволны: SETI признал, что пришельцев все время слушали не там
Отказ от старой человеческой логики в поисках уже помог найти шесть миллионов новых звезд...
Две звезды со сферами Дайсона: что открыл космический телескоп «Джеймс Уэбб»
Астрофизики признаются, что Вселенная подложила землянам свинью галактических масштабов...
Американская Камчатка: как Ленин едва не отдал российский полуостров США
Почему не состоялась главная сделка XX века, о которой предпочитают не вспоминать ни в Москве, ни в Вашингтоне...