Геном человека содержит огромное количество информации и около 22 тыс генов, но, строго говоря, не все они принадлежат человеку. 8% нашей ДНК состоит из остатков древних вирусов, а еще 40% — это повторяющиеся цепочки генетического кода, которые, как считается, также имеют вирусное происхождение. Эти обширные вирусные области — больше, чем эволюционные реликты: они могут быть глубоко вовлечены в широкий спектр заболеваний, включая рассеянный склероз, гемофилию и боковой амиотрофический склероз (БАС), а также некоторые виды деменции и рака.
Темная материя
В течение многих лет биологи плохо понимали, как работает эта связь — настолько плохо, что стали называть вирусную часть нашей ДНК темной материей в геноме. «Они не знали, что это было и для чего было нужно», — объясняет Молли Гейл Хэммелл, доцент лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Стало очевидно, что связанные с вирусами участки генетического кода не участвуют в нормальном построении и регуляции организма. Но как они способствуют развитию болезни?
Прыгающие гены
Новости по теме: Зеленский ветировал закон об обличителях коррупционеров
Первая подсказка пришла от генетика-первопроходца Барбары Макклинток, которая большую часть своей карьеры проработала в лаборатории Колд-Спринг-Харбор. В 1940-х годах, задолго до расшифровки генома человека, она осознала, что некоторые участки нашей ДНК ведут себя как инфекция, проникшая в организм извне. Эти фрагменты ДНК могут перемещаться по геному, копируя и вставляя себя туда, где получится. Это вдохновило Макклинток назвать их «прыгающими генами». Изначально ее открытие вызвало споры, однако в 1983 году она получила за него Нобелевскую премию. Позднее генетики определили, что прыгающие гены происходят из вирусной части генома. Многие из этих генов оказываются безвредными или даже полезными. «Но некоторые из них — настоящие паразиты», — говорит профессор Хэммелл, — будто инфекции, встроенные в нашу собственную ДНК. Достаточно сбоя в механизмах, которые обычно не позволяют генам прыгать и причинять вред, чтобы дать волю этим вредителям.
Бо́льшая часть исследований связи между прыгающими генами и болезнями сосредоточена на естественных молекулах в организме, которые обездвиживают гены, блокируя считывание или копирование их последовательностей. В последние годы Хэммелл и ряд других ученых сосредоточили свое внимание на некогда малоизученном белке TDP-43, который отлично цепляется за участки ДНК и скрывать их.
Препараты против ВИЧ подавляют прыгающие гены
Ави Нат, клинический директор Национального института неврологических расстройств и инсульта, помог привлечь внимание к TDP-43 около десяти лет назад. Изучая группу ВИЧ-положительных пациентов с симптомами, подобными боковому амиотрофическому склерозу, Нат обнаружил, что препараты, которые они принимали против ВИЧ, также улучшали их симптомы БАС. Он высказал предположение, что препараты, предназначенные для борьбы с вирусом ВИЧ, подавляли и вирусоподобную активность прыгающих генов.
Последующая работа Ната и других ученых подтвердила эту идею, идентифицировав конкретную группу вирусных реликтов, которые, по-видимому, были связаны с мертвыми нейронами в мозге пациентов с БАС. Исследование, проведенное биохимиком Вэньсюэ Ли, ныне работающим в Йельском университете, также показало, что изучаемые древние вирусы активно взаимодействуют с TDP-43.
В этот момент части головоломки начали вставать на свои места. Исследователи в области медицины уже знали, что почти все пациенты с БАС испытывают серьезный сбой в работе TDP-43, который вызывает накопление большого количества этого белка в их нейронах, где он образует токсичные скопления. Теперь выясняется, что TDP-43 может способствовать БАС другим способом: при дефекте этот белок больше не в состоянии сдерживать вредоносные прыгающие гены, убивающие нервные клетки.
За последние два года Хэммелл подтвердила, что нормальная форма TDP-43 подавляет вредную активность прыгающих генов у мышей и людей. Другие исследователи обнаружили, что неисправность TDP-43 также связана с некоторыми типами болезни Альцгеймера и деменции.
Но полного понимания этих процессов до сих пор нет. Хэммелл и Нат пока не могут сказать наверняка, вызывают ли прыгающие гены боковой амиотрофический склероз у некоторых пациентов или их активность является побочным продуктом того, как БАС прогрессирует. Но в любом случае перед исследователями стоит новая важная цель в лечении нейродегенеративных заболеваний: укрощение нечеловеческой части нашего генома.
