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
Бомбы с орбиты: почему советская технология, воскрешенная Китаем, встревожила США?
Американцы слишком долго считали свои системы раннего предупреждения лучшими на планете. Теперь......
С Ноева ковчега сняли запрет: что покажут радары на Арарате?
История, которую больше всего высмеивали ученые, неожиданно становится все более реальной...
Васюганские топи: что скрывает самое большое болото на планете?
И почему его называют вечно молодым? И кто прятался в самом сердце мрачных болот?...
Дикий народ чучуна: Кто наводил ужас на коренное население Сибири?
Йети? Люди-изгои? Древнее племя? Пока что вопросов больше, чем ответов...
Кипящая дыра в Йеллоустоуне: почему геологи «проморгали» опасный инцидент?
Геологический детектив: незамеченный взрыв, неожиданный провал и далеко идущие последствия...
Мрачный прогноз для США из 1995 года сбылся: в чем великий ученый Саган оказался прав?
Исследователь говорил: все плохо, но еще не все потеряно. Его советы могут реально помочь всему человечеству...
Тайна «косого глаза» Венеры раскрыта: что увидела нейросеть на картинах Боттичелли?
Художник нарисовал пять портретов прекрасной Симонетты Веспуччи. И каждое полотно еще больше подтверждает страшный диагноз...
Почему их ДНК не меняется уже 42 000 лет: определен самый древний народ на планете
Три раза предки жителей Океании встречались с исчезнувшими видами людей, и это в корне изменило их гены...
Европа задыхается от жары: почему западные страны оказались не готовы к стремительному потеплению?
Эксперты говорят: с каждым годом будет все хуже и опаснее. Но выхода из ситуации пока нет...
Мы не единственные во Вселенной: ученые рассказали о «невозможных» видах разума
Сознание может быть у кого угодно. Но сможем ли мы узнать его при встрече?...
Еще одна тайна майя: археологи секрет алтаря в заброшенном городе
Выяснилось, что индейцы долгие столетия продолжали исповедовать, казалось бы, давно забытый древний культ...
Снегопады в Антарктиде становятся все аномальнее: и ученые, наконец-то, знают почему?
Ученым придется пересмотреть все климатические модели Шестого континента. Кстати, снега там будет выпадать с каждым годом все больше...
Марс под вопросом: что может обнулить иммунитет у космонавтов?
И почему защита организма перестает видеть микробы, выжившие в космосе?...
Бельгийскую разведку снова взломали: хакеры целый год качали оттуда секретные данные
Эксперты говорят: проникновение было замечено совершенно случайно. И это пугает...
Доказана жизнь на спутнике Юпитера: как же бактериям удалось добраться с Земли на Европу?
За 3,5 миллиарда лет земные бактерии могли долететь до 105 звездных систем. Так что у Европы есть все шансы на «заражение»...
МКС осталось совсем недолго: NASA рассказало, когда произойдет ликвидация и что будет, если спуск пойдет не по плану?
Эксперты предупреждают: опаснее всего будет, когда станция снизится до 280 км. Почему?...