Горизонтальный перенос генов — это процесс, при котором один организм передаёт генетический материал другому, не являющемуся его потомком. Например, агробактерии умеют «генномодифицировать» некоторые растения, превращая их в фабрики по производству удобных для усвоения питательных веществ. Эту способность взяли на вооружение учёные — генные инженеры, научившие агробактерий доставлять в растения гены, нужные нам, а не им. Метод так и назвали — агробактериальная трансформация.
Но и далёкие предки самих людей перенимали гены в результате горизонтального переноса. Один из самых известных примеров — синцитин. Древние вирусы использовали этот белок оболочки для того, чтобы сливаться с клетками животных и проникать в них. Задача вируса — заставить клетки копировать себя. Поэтому ген, содержащий инструкции для производства синцитина, путешествовал от клетки к клетке животного.
По-видимому, какая-то из версий древнего синцитина оказалась полезна не только для вирусов. Используя этот белок, клетки животных могли сливаться друг с другом, образуя гигантские многоядерные «суперклетки» — синцитии. Именно такие структуры играют важную роль в формировании плаценты у млекопитающих — в том числе у современных людей. Без горизонтального переноса генов плацентарных млекопитающих, таких, какими мы их знаем, не было бы.
В нашем геноме присутствуют и другие участки ДНК — потомки вирусов. Многие из них давно утратили активность и представляют собой не более чем древние заброшенные руины, обветренные случайными мутациями, позабытые естественным отбором. Но есть и те, что подают признаки жизни.
К последним относится ген Arc, о котором в 2018 году вышло две статьи в научном журнале Cell.
Ранее было известно, что этот ген очень важен для работы мозга, в частности для поддержания синаптической пластичности — способности нервных клеток образовывать и закреплять новые нервные связи. Мыши, полностью лишённые этого гена, сохраняют краткосрочную память, но испытывают затруднения с её переводом в долгосрочную. Некоторые вещества, вызывающие амнезию у животных, приводили к падению уровня белка Arc в разных отделах мозга, включая гиппокамп, роль которого в формировании долгосрочной памяти хорошо изучена. В отдельных работах было показано, что Arc — участник многих процессов, нарушения которых ведут к развитию заболеваний нервной системы — от болезни Альцгеймера до синдрома Ангельмана (наследственного заболевания, при котором типичны задержки психического развития) и шизофрении.
Оказалось, что белок Arc родственен структурным белкам ретровирусов. Ретровирусы — это не вирусы 60-х, но вирусы, чей наследственный материал хранится в виде молекул РНК. Попав в клетку, ретровирус превращает РНК в ДНК, встраивает её в геном клетки и заставляет последнюю копировать себя. Самый известный ретровирус — ВИЧ, поражающий клетки иммунной системы.
Подобно тому, как структурные белки ретровирусов несут их информационные молекулы РНК, белок Arc упаковывает собственную РНК.
Нервные клетки взаимодействуют друг с другом посредством особых близких контактов — синапсов. Одна нервная клетка выбрасывает в синапсе нейромедиаторы — молекулы-посредники, которые активируют или тормозят другую нервную клетку. Это важнейший механизм передачи сигналов в нервной системе. Но, по-видимому, нервные клетки могут выбрасывать не только нейромедиаторы, но и специальные мембранные пузырьки, несущие белки Arc с упакованными в них РНК. Попав в другую клетку, РНК Arc служат матрицей для синтеза белков Arc, хотя, возможно, так переносятся и другие молекулы РНК. Сходство этого процесса с передачей наследственного материала вирусов показано на этом рисунке.
Таким образом, был открыт новый способ передачи информации между нервными клетками. И его существованию мы обязаны вирусам — опасным, но важным двигателям эволюции.
Автор — Александр Панчин (scinquisitor). Литература.
Вам также может быть интересно: