Глава 14
Эндогенные ретровирусы: наше вирусное наследие
Дарвин и Мендель ничего не знали о ДНК как таковой, но они предрекли принципы генетики, на которых был позднее основан современный синтез взглядов на теорию эволюции, созданный такими великими учеными, как Гексли, Добжанский, Холдейн, Райт и другие. Тем не менее я осмелюсь предположить, что даже эти светочи были бы сильно удивлены, узнав, что состав нашей ДНК отличается от такового ДНК шимпанзе всего на 1–2 % (Olson, Varki, 2003; CSA, 2005). В начале семидесятых блестящий вирусолог Говард Темин выдвинул провирусную гипотезу. Это была совершенно новая концепция, согласно которой обратная транскрипция ретровирусной РНК приводит к включению ДНК-копии вирусного генома, провируса, в хромосому хозяина, что является необходимым условием репликации ретровируса. В 1975 году он разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за открытие обратной транскриптазы (ОТ), ретровирусного белка, отвечающего за синтез провирусной ДНК. Думаю, что даже он был бы удивлен тем, что 8 % нашей ДНК состоит из открытых им провирусов (Lander et al., 2001).
Ретровирусы – лишь один из многих классов обратных мобильных генетических элементов, которые кодируют обратную транскриптазу. Эти ОТ-ретроэлементы включают в себя ретровирусы и множество других мобильных генетических элементов, которые могут воспроизводиться путем обратной транскрипции интермедиатов РНК и включения продукта транскрипции в хромосому хозяина. Эти мобильные элементы широко распространены во всех клеточных организмах, а филогенетический анализ гена ОТ относит их происхождение к группе II самовырезающихся интронов бактерий и простейших (Koonin, Dolja, Krupovic, 2015a). ОТ-ретроэлементы с внеклеточной фазой включают в себя ретровирусы и обнаруживаются только в эукариотических организмах, что позволяет предполагать их происхождение от более древних и более распространенных ОТ-ретроэлементов. По тому же механизму, какой мы наблюдаем в эволюции всех вирусов, ретровирусы (и родственные им элементы, содержащие env-подобные гены) получили свои env-подобные гены и способность к внеклеточной передаче благодаря горизонтальному переносу от других вирусов (Malik, Henikoff, Eickbush, 2000). Происхождение ретровируса env неизвестно, но, вероятно, его сборка осуществляется за счет оболочек других эукариотических РНК-содержащих вирусов, с которыми он проявляет определенное структурное и функциональное родство (Koonin, Dolja, Krupovic, 2015a). Химерическая природа ретровирусов подтверждается филогенетическим анализом H геном РНКазы, древним компонентом ОТ-ретроэлементов, который в ходе недавней эволюции был замещен своим эукариотическим аналогом (Malik, Eickbush, 2001).
Родственные ретровирусам мобильные генетические элементы наших геномов включают элементы LINE (long interspersed nuclear elements – длинные вкрапленные ядерные элементы) и SINE (short interspersed nuclear elements – короткие вкрапленные ядерные элементы). Организованы они не так, как ретровирусы, и никогда не образуют внеклеточную фазу в своем цикле репликации и не осуществляют передачу от одного хозяина к другому. По этому критерию их нельзя считать вирусами. Совокупно, достоверный зоопарк мобильных генетических элементов содержит – и это поражает – около 40 % нашего генома. Ретровирусные нуклеотидные последовательности разбросаны по всем геномам позвоночных и называются эндогенными ретровирусными элементами (ЭРЭ). Эндогенные ретровирусные последовательности сами по себе так многочисленны, что занимают большее генетическое пространство, чем гены, кодирующие человеческие белки. Существование ЭРВ служит доказательством повторных волн ретровирусной инфекции и инфильтрации на протяжении всей эволюции позвоночных. Только недавно мы стали понимать то мощное влияние, какое ретровирусы оказали на эволюцию геномов позвоночных и на идентичность нашего собственного биологического вида. Ретровирусы стали катализаторами генетической нестабильности, питающей эволюционные изменения; сегодня они являются остатками их прежней самости, ископаемыми остатками вирусов, которые некогда поражали позвоночных хозяев. Эти остатки свидетельствуют о пирровых победах, одержанных во многих войнах и соперничестве между ретровирусами и хозяевами (Stoye, 2012). Большинство эндогенных ретровирусов давно умолкли под воздействием ограничительных клеточных механизмов хозяев. Не связанные ни с каким фенотипом, не находясь под давлением отбора, они стали нежизнеспособными после миллионов лет мутационного дрейфа, который привел к накоплению мутаций или делеций в кодирующих последовательностях и контролирующих элементах. Чем кончили эти вирусы в нашем наследуемом генетическом материале и как повлияли они на эволюцию позвоночных? Для того чтобы ответить на эти вопросы, мы должны вернуться к началу и к появлению первых провирусных колонистов генома позвоночных. Это будет нашим упражнением по вирусной палеонтологии; многое можно вывести из следов геномных последовательностей ископаемых позвоночных. Момент эволюционной истории, когда конкретный ретровирус стал эндогенным для определенного вида, записан на филогенетическом дереве потомков, у которых остались те же провирусы. Некоторые из них занимают те же локусы в геномах давно разошедшихся видов; сайты их включения ограничены гомологичными хромосомными последовательностями хозяина у каждого вида-потомка. Они уникальны только в своих рисунках нуклеотидных замен; после видообразования провирусы эволюционировали независимо в каждом геноме.
