Как «прыгающие гены» проникают в ДНК во время деления клеток

Известно, что вирусы используют генетический механизм клеток человека, в которые они вторгаются, для создания своих копий.

В ходе этого процесса вирусы оставляют после себя вирусоподобные вставки, называемые «транспозируемыми элементами», которые используют механизмы клетки-хозяина для репликации. По сути, транспозируемые элементы - это генетические паразиты, которые со временем заглушаются защитными механизмами наших клеток, но некоторые из них, получившие название «прыгающие гены», все еще могут перемещаться по человеческому геному подобно вирусам. Один из них, называемый LINE-1, является единственным автономно активным ретротранспозоном у человека и занимает около 17% генома человека.

LINE-1 сначала копируется в молекулу РНК, генетического материала, который взаимодействует с ДНК, а затем копия РНК LINE-1 преобразуется обратно в ДНК на новом месте в геноме. Таким образом, ретротранспозоны добавляют код в геном человека при каждом своем перемещении и эти повторы способствуют эволюции генома, но также могут вызывать неврологические заболевания, рак и старение, когда LINE-1 случайно вклинивается в важные гены или запускает иммунную реакцию, подобно вирусу, вызывая воспаление. Однако чтобы скопировать себя, LINE-1 должен попасть в ядро клетки, в котором хранится ДНК.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что LINE-1 связывается с клеточной ДНК в процессе деления клетки. Авторы обнаружили, что РНК LINE-1 использует эти периоды, собираясь в кластеры с одним из двух кодируемых ею белков ORF1p, чтобы прочно удерживать ДНК до тех пор, пока ядро не восстановится после деления клетки. Исследование показало, что LINE-1 может связываться с ДНК только тогда, когда ORF1p, который может взаимодействовать с РНК, ДНК и самим собой в виде соединенных копий, называемых мультимерами, и накапливается в кластерах из сотен молекул, получивших название конденсатов. По мере накопления молекул ORF1p они в конечном итоге обволакивают РНК LINE-1, что позволяет всему кластеру получить больше мест для связывания с ДНК.

«Наше исследование позволяет понять, как генетический элемент, составляющий большую часть ДНК человека, может успешно вторгаться в ядро и копировать себя», - рассказал соавтор статьи Лиам Джей Холт из Института системной генетики при Нью-Йоркском университете. «Эти данные о точных механизмах вставки LINE-1 закладывают основу для разработки будущих методов лечения, направленных на предотвращение репликации LINE-1».

Работа также предполагает, что конденсат LINE-1 действует как средство доставки свей РНК вблизи нужных последовательностей ДНК, куда ретротранспозон стремится встроиться. Считается, что LINE-1, упакованный в свои конденсаты, обходит механизмы клеточной защиты от вирусов, исключающие попадание крупных частиц в ядро во время митоза. «Конденсаты LINE-1 обладают замечательной особенностью: их способность связывать ДНК проявляется только при достаточно высоком соотношении копий ORF1p и РНК в конденсатах», - пояснил Холт. «В дальнейшем мы будем изучать, изменяется ли функциональность других конденсатов при изменении соотношения между их компонентами».