Микробы

Исследователи из Института Биологии Развития имени Макса Планка (Max Planck Institute for Developmental Biology) в Тюбингене (Германия), расшифровали структуру белка L1ORF1p, кодируемого паразитным генетическим элементом и ответственного за «мобильность» этого элемента, то есть за его способность перемещаться в пределах генома, произвольно встраиваясь в любые его участки. Речь идет о так называемом LINE-1 ретротранспозоне, который относится к мобильным генетическим элементам, способным «путешествовать» по хромосомной ДНК, при этом множественно дублируясь. Это нарушает генетический код, что может иметь весьма серьезные последствия для организма.

С другой стороны, это увеличивает генетическое разнообразие, что является необходимым условием эволюции видов. Структура белка L1ORF1p позволяет гораздо более подробно изучить механизм мобилизации LINE-1, связь ретротранспозонов с ретровирусами и, возможно, понять некоторые эволюционные процессы, приведшие к появлению человека и других организмов. Более того, исследователи предполагают, что изучение механизмов встраивания ретротранспозона LINE-1 в геном может в будущем открыть возможность точной встройки в геном любой генетической информации. Это стало бы прорывом по-сравнению с сегодняшними неточными методами доставки генетической информации в клетки с помощью ретровирусов.

Ретротранспозон LINE-1 – мобильный элемент, который в процессе эволюции многократно дублировался, в результате чего в настоящее время около 17% генома человека состоит из повторяющихся последовательностей LINE-1. Это просто огромная доля генома, и при этом не следует забывать о том, что примерно 30 000 белков человека кодируются менее чем в 5% генома. Ретротранспозон LINE-1 не только размножается сам, но также ответственен за встройку в геном примерно одного миллиона Alu-последовательностей (другой паразитный ген). Alu-последовательности встречаются только у высших приматов и занимают другие 10% генома. Перемещение последовательностей LINE-1 и Alu в новые участки генома продолжается постоянно, и примерно каждый двадцатый новорожденный имеет в своем геноме один такой элемент, расположенный в новой области.

Следовательно, редкий ген в геноме человека не был когда-либо затронут интеграцией в него элемента LINE-1 или Alu. Трудно поверить, что такой масштабный процесс встройки паразитных элементов в геном никак не повлиял на эволюцию генома. На сегодняшний день о механизмах ретротранспозиции (вырезания генетического элемента из одной области генома и встраивание его в другую), о белках и нуклеиновых кислотах, участвующих в ней, известно удручающе мало. Сегодня ученые пытаются получить новые знания о биохимических свойствах и биологических функциях этих молекул, изучая их структуру. При этом уже теперь с помощью детального функционального анализа они обнаруживают, что белки, кодируемые паразитными элементами генома, имеют сходства с известными белками человека, причем часто эти сходства касаются третичной структуры и не очевидны, исходя просто из аминокислотной последовательности белка.

В своей работе руководители исследования Елена Хазина (Elena Khazina) и Оливер Вайхенридер (Oliver Weichenrieder) с коллегами дали характеристику одному из двух белков, кодируемых ретротранспозоном LINE-1. Этот так называемый белок L1ORF1p связывается с РНК последовательности LINE-1, после чего, видимо, способствует последующей обратной транскрипции РНК LINE-1 в ДНК. Этот процесс происходит непосредственно в участке интеграции нового элемента LINE-1 в геном.

Ученые показали, что белок L1ORF1p состоит из трех субъединиц. Первая из них инициирует процесс соединения остальных субъединиц в активный белок. Две другие субъединицы отвечают за связывание РНК. Исследователи были поражены столь организованной структурой этого белка, который ранее считали гораздо более примитивным. В особенности интересным оказался так называемый RRM-домен в срединной части белка. Этот домен выявляется в белках других ретротранспозонов, обнаруживающихся в геноме животных и растений. В то же время RRM-домены, необходимые для связывания белка с РНК, встречаются в РНК-связывающих белках клеток высших организмов.

Вопрос о том, произошли ли РНК-связывающие белки высших организмов, или, вернее, кодирующие их гены, от ретротранспозонов, остается открытым. Но вполне вероятно, что это так, и элементы генома, ранее считавшиеся «ненужными» и «паразитными», могут оказаться ключевыми для понимания эволюции жизни.