О роли эндогенных ретровирусов в биологии опухолевого роста

Полный текст:

В настоящее время ключевыми механизмами канцерогенеза признаны эпигенетические события, к которым относятся специфические изменения метилирования ДНК, модификации гистонов, экспрессия микроРНК и высшая хроматиновая организация. Согласно последним данным, некодирующие РНК (микроРНК, малые интерферирующие РНК или siРНК, piРНК, длинные некодирующие РНК или lncРНК) в большинстве своем либо непосредственно образуются из мобильных генетических элементов, либо имеют транспозонное происхождение. Некодирующие РНК специфически влияют на метилирование генома и модификации гистонов в онтогенезе, чему способствуют эволюционно запрограммированные особенности активации транспозонов, из последовательностей которых происходят данные РНК. Таким образом, материальной основой эпигенетической наследственности служат транспозоны. Под действием стресса и при старении увеличивается вероятность развития онкопатологии, что объясняется повышенной вероятностью аномальной активации мобильных генетических элементов, чувствительных к стрессовым воздействиям и изменению уровня гормонов. Аномальная активация транспозонов в клетках ведет к геномной нестабильности – большинство подобных клеток подвергаются апоптозу. Однако в некоторых случаях прогрессирующая геномная нестабильность ведет к повреждению генов онкосупрессоров и активации онкогенов - в результате апоптоза не происходит, а клетки обретают способность неконтролирующей пролиферации с накоплением множества мутаций вследствие прогрессирующей геномной нестабильности, вызванной мобилизацией транспозонов. В каждом типе злокачественных опухолей запускаются свои каскадные механизмы активации мобильных генетических элементов с участием некодирующих РНК. Исследование эпигенетических механизмов развития каждого типа рака даст возможность разработать эффективные методы ранней молекулярно-генетической диагностики онкопатологии, а также таргетной терапии на разных стадиях развития патологического процесса.

Мустафин Рустам Наилевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры генетики и фундаментальной медицины БашГУ.

450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Хуснутдинова Эльза Камилевна – доктор биологических наук, заведующая кафедрой генетики и фундаментальной медицины БашГУ.
450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32;
директор ФГБУН Института биохимии и генетики УНЦ РАН.
450054, г. Уфа, проспект Октября, 71.

1. Майборода АА. Гены и белки онкогенеза. Сибирский медицинский журнал. 2013;(2):132-138. [Mayboroda AA. Genes and proteins of oncogenesis. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal = Siberian Medical Journal. 2013;(2):132-138. (in Russ.)].

2. Имянитов ЕН. Общие представления о таргетной терапии. Практическая онкология. 2010;11(3):123-130. [Imyanitov EN. General ideas about targeted therapy. Prakticheskaya onkologiya = Practical oncology. 2010;11(3):123-130. (in Russ.)].

3. Herceg Z, Lambert M, van Veldhoven K, Demetriou C, Vineis P, Smith MT, et al. Towards incorporating epigenetic mechanisms into carcinogen identification and evaluation. Carcinogenesis. 2013;34(9):1955-67. DOI: 10.1093/carcin/bgt212.

4. Samantarrai D, Dash S, Chhetri B, Mallick B. Genomic and epigenomic cross-talks in the regulatory landscape of miRNAs in breast cancer. Mol Cancer Res. 2013;11(4):315-28. DOI: 10.1158/1541-7786. MCR-12-0649.

5. Giordano S, Columbano A. MicroRNA: new tools for diagnosis, prognosis, and therapy in hepatocellular carcinoma? Hepatology. 2013;57(2):840-847. DOI: 10.1002/hep.26095.

6. Цуканов АС, Шубин ВП, Поспехова НИ, Сачков ИЮ, Кашников ВН, Шелыгин ЮА. Наследственные раки желудочно-кишечного тракта. Практическая онкология. 2014;15(3): 126-133. [Tsukanov AS, Shubin VP, Pospekhova NI, Sachkov IYu, Kashnikov VN, Shelygin YuA. Hereditary cancers of the gastrointestinal tract. Prakticheskaya onkologiya = Practical oncology. 2014;15(3):126-133. (in Russ.)].

7. Заридзе ДГ. Канцерогенез. М.;2004. [Zaridze DG. Carcinogenesis. M.;2004. (in Russ.)].

8. Moyano M, Stefani G. PiRNA involvement in genome stability and human cancer. J Hematol Oncol. 2015;8:38-47. DOI: 10.1186/s13045-015-0133-5.

9. Rodic N, Burns KH. Long interspersed element-1 (LINE-1): passenger or driver in human neoplasms? PLOS Genetics. 2013;9(3):e1003402. DOI: 10.1371/ journal.pgen.1003402.

10. Chen L, Dahlstrom JE, Lee S, Rangasamy D. Naturally occurring endo-siRNA silences LINE1 retrotransposons in human cells through DNA methylation. Epigenetics. 2012;7(7):758-77. DOI: 10.4161/epi.20706.

11. Сидельников ГД, Валихов АФ. О роли эндогенных ретровирусов в биологии опухолевого роста. Вопросы онкологии. 2016;62(6):758-766. [Sidel’nikov GD, Valikhov AF. About the role of endogenous retroviruses in the biology of tumor growth. Voprosy onkologii = Problems in oncology. 2016;62(6):758766. (in Russ.)].

12. Morales-Hernandez A, Gonzalez-Rico FJ, Roman AC, Rico-Leo E, Alvarez-Barrientos A, Sanchez L, et al. Alu retrotransposons promote differentiation of human carcinoma cells through the aryl hydrocarbon receptor. Nucleic Acids Res. 2016;44(10):4665-4683. DOI: 10.1093/nar/gkw095.

13. Sturm A, Ivics Z, Vellai T. The mechanism of ageing: primary role of transposable elements in genome disintegration. Cell Mol Life Sci. 2015;72(10):1839-47. DOI: 10.1007/s00018-015-1896-0.

14. Gim J, Ha H, Ahn K, Kim DS, Kim HS. Genomewide identification and classification of microRNAs derived from repetitive elements. Genomic Inform. 2014;12(4):261-267. DOI: 10.5808/GI.2014.12.4.261.

15. Киселев ОИ. Эндогенные ретровирусы: структура и функция в геноме человека. Вопросы вирусологии. 2013;(S1):102-115. [Kiselev OI. Endogenous retroviruses: structure and function in the human genome. Voprosy virusologii = Problems of virology. 2013;(S1):102-115. (in Russ.)].

16. Ohms S, Rangasamy D. Silencing of LINE1 retrotransposons contributes to variation in small noncoding RNA expression in human cancer cells. Oncotarget. 2014;5(12):4103-17. DOI: 10.18632/ oncotarget.1822.

17. Spengler RM, Oakley CK, Davidson BL. Functional microRNAs and target sites are created by lineage-specific transposition. Hum Mol Genet. 2014;23(7):1783-93. DOI: 10.1093/hmg/ddt569.

18. Roberts JT, Cooper EA, Favreau CJ, Howell JS, Lane LG, Mills JE, et al. Continuing analysis of microRNA origins: Formation from transposable element insertions and noncoding RNA mutations. Mob Genet Elements. 2013;1(6):е27755. DOI: 10.4161/mge.27755.

19. Borchert GM, Holton NW, Williams JD, Hernan WL, Bishop IP, Dembosky JA, et al. Comprehensive analysis of microRNA genomic loci identifies pervasive repetitive-element origins. Mob Genet Elements. 2011;1(1):8-17. DOI: 10.4161/mge.1.1.15766.

20. Johnson R, Guigo R. The RIDL hypothesis: transposable elements as functional domains of long noncoding RNAs. RNA. 2014;20(7):959-976. DOI: 10.1261/rna.044560.114.

21. Васильева ЛА, Антоненко ОВ, Выхристюк ОВ, Захаров ИК. Селекция изменяет паттерн мобильных генетических элементов в геноме Drosophila Melanogaster. Вестник ВОГиС. 2008;12(3):412-425. [Vasil’eva LA, Antonenko OV, Vykhristyuk OV, Zakharov IK. Selection changes the pattern of mobile genetic elements in genome of Drosophila Melanogaster. Vestnik VOGiS = VOIPS Bulletin. 2008;12(3):412-425. (in Russ.)].

22. Pavlicev M, Hiratsuka K, Swaqqart KA, Dunn C, Muglia L. Detecting endogenous retrovirus-driven tissue-specific gene transcription. Genome Biol Evol. 2015;7(4):1082-97. DOI: 10.1093/gbe/evv049.

23. Kitkumthorn N, Mutirangura A. Long interspersed nuclear element-1 hypomethylation in cancer: biology and clinical applications. Clin Epigenet. 2011;2:315-330. DOI:10.1007/s13148-011-0032-8.

24. Szpakowski S, Sun X, Lage JM, Dyer A, Rubinstein J, Kowalski D, et al. Loss of epigenetic silencing in tumors preferentially affects primatespecific retroelements. Gene. 2009;448(2):151-167. DOI: 10.1016/j.gene.2009.08.006.

25. Wylie A, Jones AE, D’Brot A, Lu WJ, Kurtz P, Moran JV, et al. P53 genes function to restrain mobile elements. Genes Dev. 2016;30(1):64-77. DOI: 10.1101/ gad.266098.115.

26. Li P, Chen S, Xia T, Jiang XM, Shao YF, Xiao BX. et al. Non-coding RNAs and gastric cancer. World J Gastroenterol. 2014;20(18):5411-19. DOI: 10.3748/wjg. v20.i18.5411.

27. Han C, Shen JK, Hornicek FJ, Kan Q, Duan Z. Regulation of microRNA-1 (miR-1) expression in human cancer. Biochim Biophys Acta. 2017;1860(2):227-232. DOI: 10.1016/j.bbagrm.2016.12.004.

28. Patutina OA, Bichenkova EV, Miroshnichenko SK, Mironova NL, Trivoluzzi LT, Burusco KK, et al. MiRNases: Novel peptide-oligonucleotide bioconjugates that silence miR-21 in lymphosarcoma cells. Biomaterials. 2017;122:163-178. DOI: 10.1016/j. biomaterials.2017.01.018.

29. Sakabe T, Azumi J, Umekita Y, Toriguchi K, Hatano E, Hirooka Y, et al. Prognostic relevance of miR137 in patients with hepatocellular carcinoma. Liver Int. 2017;37(2):271-279. DOI: 10.1111/liv.13213.

30. Fukagawa S, Miyata K, Yotsumoto F, Kiyoshima C, Nam SO, Anan H. et al. MiR-135a-3p a promising biomarker and nuckeic acid therapeutic agent for ovarian cancer. Cancer Sci. 2017;108(5):886-896. DOI: 10.1111/cas.13210.

31. Zhou W, Wang S, Ying Y, Zhou R, Mao P. MiR196b/miR-1290 participate in the antitumor effect of resveratrol via regulation of IGFBP3 expression in acute lymphoblastic leukemia. Oncol Rep. 2017;37(2):10751083. DOI: 10.3892/or.2016.5321.

32. Hodzic J, Sie D, Vermeulen A, van Beusechem VW. Functional screening identifies human miRNAs that modulate adenovirus propagation in prostate cancer cells. Hum Gene Ther. 2017 Jan: 23. DOI: 10.1089/hum.2016.143.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ЭНДОГЕННЫЕ РЕТРОВИРУСЫ: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ В ГЕНОМЕ ЧЕЛОВЕКА

В 1990 г. была посмертно опубликована уникальная монография академика АМН СССР

уникальную попытку анализа и систематизации представителей царства

Вирусов (Virae) в соответствии с их происхождением и эволюцией. Конец 1980-х гг. стал

(ремоделирование) так называемой некодирующей части транскриптома.

Отечественные исследования в этой области намного опередили время. Однако, в тот период молекулярная вирусология и исследования генома эукариот ещё не привели к объединению представлений о происхождении вирусов и их роли в эволюции и строении генома человека.

К л ю ч е в ы е с л о в а : эндогенный ретровирус, Retroviridae, провирус, геном, транскриптом, мобильный генетический элемент, ретропозон, синцитин.

ENDOGENOUS RETROVIRUSES: STRUCTURE AND FUNCTION IN THE HUMAN GENOME

K e y w o r d s : endogenous retrovirus, Retroviridae, provirus, genome, transcriptome, mobile genetic element, retroposon, syncytin.

В.М. Жданов успел внести существенный вклад и в этот раздел фундаментальной вирусологии [13]. Поэтому данная статья, посвящённая памяти В.М. Жданова, является попыткой связать во времени удивительную атмосферу 19701980 гг. в отечественной молекулярной биологии и вирусологии с уникальными открытиями в области изучения судьбы, эволюции и внутригеномной функционализации вирусных геномов и их элементов в геноме животных и человека [4].

Активное развитие исследований по ЭРВ относится к 19601970 гг.. В эти годы были идентифицированы три типа ЭРВ: вирус лейкоза птиц, вирус лейкоза мышей и вирус молочной железы мышей [35]. ЭРВ приматов и человека представлены полноценными копиями интегрированных вирусных геномов [6, 7], псевдогенами и мобильными генетическими элементами различных семейств: LTR/ERV, LINE, SINE/Alu, SINE/MIR, LTR/ERV [714].

Исследования генома человека показали, что инфицирование и эндогенизация геномов ЭРВ и других мобильных генетических элементов ретровирусного происхождения, сыграли критическую роль в эволюции человека [47]. С точки зрения современной молекулярной вирусологии, данная проблема имеет непосредственное отношение к роли вирусов в контроле физиологических процессов и в развитии основных заболеваний человека. С экспрессией ЭРВ связывается развитие онкологических заболеваний, аутоиммунных процессов, патологии беременности и даже таких психических заболеваний, как шизофрения [6, 7, 14]. Поэтому прогресс в этой области непосредственно связан с предстоящей революцией в понимании основ патологии человека и создании новых подходов к терапии наиболее значимых для общества заболеваний.

Необходимо отметить, что в 1970-ые гг. между АМН СССР и профильными научными учреждениями США работала постоянная Комиссия по сотрудничеству в области вирусологии.

В работе этой Комиссии принимали участие ведущие специалисты США и СССР. Совещания Комиссии проходили в Институте вирусологии им. Д.И. Ивановского. В составе Комиссии были крупнейшие американские вирусологи, и среди них преобладали специалисты в области исследования ретровирусов (РВ). В.М. Жданов был руководителем Комиссии с советской стороны. Комиссия была независимой от ВОЗ и работала самостоятельно. Это был очень влиятельный межгосударственный орган, ориентированный, главным образом, на научные исследования и развитие представлений в области потенциальной опасности вирусов для человечества. Аналогов такого международного взаимодействия в настоящее время нет.

Исследования ЭРВ человека и приматов относятся к концу 1960-х – началу 1970-х гг.. В СССР исследования ЭРВ проводились под руководством академиков АМН СССР В.М. Жданова и Б.А. Лапина. Значительный вклад в эти исследования внесли известные вирусологи проф. А.Ф. Быковский и проф. А.Д. Альтштейн [13].

Открытие ЭРВ и их избирательной экспрессии в плаценте обратило на себя внимание возможностью реализации на этом уровне специфических механизмов иммуносупрессии, свойственных РВ [16, 17]. Однако, каким образом реализуется этот механизм, долгое время оставалось неизвестным.

сем. Retroviridae, РВ представляют собой геном которых представлен РНК, репликативный цикл которых основан на использовании обратной транскрипции и интеграции вирусной геномной провирусной ДНК в геном клетки-хозяина [47].

Рисунок 1. Филогенетическое происхождение ретровирусов [4].

Сокращенные названия вирусов даны в соответствии с международной номенклатурой [4].

На рис. 1 красными кружками выделены гамма- и бетаретровирусы, к которым относятся HERV-W (HERV-FRD) и HERV-K, играющие важную функциональную роль в морфогенезе плаценты и онкопатологии человека [47].

ЭРВ в геноме представлены разнообразными полидисперсными последовательностями, среди которых идентифицированы полноценные открытые рамки считывания, кодирующие вирусные белки, или их гомологи, и регуляторные элементы, известные, как LTR – long terminal repeats – длинные концевые повторы, мобильные генетические элементы LINE и SINE [516].

В отношении функциональной активности ЭРВ в плаценте представляют интерес два рода РВ – гамма и бета (HERVW и HERVFRD) (см. рис. 1) [4, 18].

Роль ЭРВ в репродуктивных функциях животных и человека.

Ниже, в табл. 1, приводятся основные представители ЭРВ и их возможные функции в плаценте. Важнейшими из функций ЭРВ в плаценте относятся к функциям слияния трофобластов и их дифференцировки в условиях индуцированного ЭРВ синцитиообразования.

Отдельные элементы ЭРВ относятся к мобильным генетическим элементам – ретротранспозонам, участвующим в регуляции активности генов [47, 8, 15], которые в процессе дивергенции разделились на отдельные семейства и подсемейства с чётко дифференцированными функциями [5, 18]. В табл. 2 представлены основные, наиболее распространённые мобильные генетические элементы (МГБ) и их представительство в геноме человека.

Таблица 1. Эндогенные ретровирусы человека (HERV), играющие роль в репродуктивных функциях и, в частности, в плаценте *.

Мобильные диспергированные генетические элементы играют важнейшую роль в регуляции экспрессии генов животных и человека и вовлечены в процессы транскрипционного и посттранскрипционного редактирования путём репрограммирования некодирующего транскриптома [1014].

Происхождение и эволюция ЭРВ.

Известные РВ условно можно классифицировать на две основные группы:

с простой организацией геномов: альфа-, бета-, гамма- и эпсилонретровирусы;

со сложной организацией геномов: лентивирусы, дельтавирусы, спумавирусы (см. рис. 1) [68, 11].

К этим вирусам относятся ЭРВ человека. В пределах обширной популяции ЭРВ генома человека произошла эволюция двух представителей этих вирусов, в результате которой гены env были кооптированы для выполнения необходимых хозяину его репродуктивных функциях. Эти белки получили название синцитины [7].

На рис. 2 представлены общие характеристики генома, интегрированной провирусной ДНК, физическая карта белка env [4].

Интегрированная в клеточные хромосомы провирусная ДНК ЭРВ фланкирована длинными концевыми обращенными повторами (LTR) и кодирует 4 основных белка: gag, pro, pol и env. Некоторые представители ретровирусов кодируют также неструктурные белки (rev, tat, nef и др.), синтез которых осуществляется через сплайсинг транскриптов вирусного генома [5, 6]. Эти ретровирусы относятся к инфекционным вирусам, вызывающим заболевания животных и человека.

А Б В Рисунок 2. Блок иллюстраций строения и свойств ЭРВ (HERV-W), белка env и иммуносупрессивного домена [8].

На рис. 2.А представлена структура и обратная транскрипция полноразмерной геномной РНК ЭРВ, фланкированной с 5'-и 3'- концов последовательностями U5 и U3, соответственно. На концевых участках после этих последовательностей локализованы прямые повторяющиеся участки – прямые повторы – R (repeats). В процессе синтеза ДНК (обратная транскрипция) на 5'-и 3'- концах образуются так называемые LTR – длинные концевые повторы: U3-R-U5. LTR содержат сильные промоторы и энхансеры транскрипции, а также регуляторные последовательности для связывания транскрипционных факторов, включая такие, как рецептор стероидов, факторы процессинга и полиаденилирования. LTR также являются участниками процессов интеграции, катализируемых вирусной интегразой. На стыке LTR c кодирующей последовательностью обозначен сайт связывания природного праймера (тРНК) – PBS.

На рис. 2.Б представлена физическая карта интегрированной в геном провирусной, ДНК HERV с картой одного из продуктов экспрессии – белка env: обозначены основные домены, начиная с сигнального пептида (SP) и доменов ПД и ТМ, разделенных сайтом расщепления протеазой.

Рис. 2.В содержит карту расширенного ТМ домена, частично экспонированного над премембранной областью. На рисунке обозначены домены ПС – пептид слияния, ИСД – иммуносупрессивный домен и ТМД – трансмембранный (гидрофобная часть) домен. Коровый пептид ИСД выделен в рамку: R-LDLL---GG-CX6CC. Последовательность CX6CC – консервативный участок ИСД последовательности, предположительно относящийся с области инициации фьюжина.

Гомологи белков env ЭРВ синцитины в результате дивергентной эволюции разделились на две линии: с доминантными фьюзогенными свойствами и сильно выраженной иммуносупрессивной активностью (envHERV-W – синцитин-1 и envHERV-FRD – синцитинНа рис. 3 представлено филогенетическое древо белков env ЭРВ и синцитинов [20].

Синцитины 1 и 2 (Syncytin 1, 2 на рис. 3) являются гомологами, белка env ЭРВ человека:

envHERV-W (синцитин-1) и envHERV-FRD (синцитин-2). На рис. 3 красным цветом выделен синцитин-Car1 (Carnivora), который относится к наиболее ранним предшественникам синцитинов плацентарных животных и человека [1820].

Известно, что от 8,0 до 20 % последовательностей генома человека представлены ретровирусными генами [57, 16]. Множественная интеграция ретровирусных геномов произошла на определенном этапе эволюции млекопитающих и закрепилась с выделением полезных для эволюции признаков [2]. Первичное инфицирование половых клеток этими вирусами с течением времени привело к дифференцировке некоторых из интегрированных генов первичных ретровирусов в направлении обеспечения репродуктивной функции млекопитающих [6, 1920].

Рисунок 3. Филогенетическое древо белков env ЭРВ и происхождение синцитинов [20].

Ретровирусы, синцитины и плацента.

Изучение роли ЭРВ в норме и в патологических процессах свидетельствует о том, при выполнении необходимых для плаценты функций контроля морфогенеза и иммунной привилегии плода, их участие в развитии и прогрессировании опухолей также очевидно [7].

Как можно видеть в табл. 3, активная экспрессия ЭРВ свойственна опухолям репродуктивных органов человека или опухолям, имеющим эмбриональное происхождение. В связи с этим, следует подчеркнуть, что эти типы опухолей преимущественно относится к наиболее злокачественным, проявляющим агрессивный инвазивный рост и высокий метастатический потенциал.

Таблица 3. Наиболее распространённые ЭРВ человека и локализация их экспрессии в нормальных и раковых клетках * [5, 7].

Наименование семейства HERV Клеточная и тканевая локализация (экспрессии)

Роль мобильных генетических элементов ЭРВ в наследственной патологии и онкологии.

К МГЭ ЭРВ относятся: LINE/L1,LINE/L2, SINE/Alu, SINE/MIR, LTR/ERV1, LTR/ERVK, LTR/ERVL, LTR/ER, DNA/hArlie. Функции МГЭ разнообразны и включают в себя регуляцию активности генов. В процессе эволюции эти элементы распространились по геному и способствовали перемещению невирусных промоторных элементов в пределах контролируемого локуса. Кроме этого, семейства элементов LINE, SINE/Alu, и LTR выявлены в последовательностях генома человека, кодирующих клеточные белки, значительная часть этих элементов локализуются в интронах (около 533 генов) [21]. LTR выполняют функции альтернативных промоторов, вовлечены в сплайсинг РНК. Исследуется роль этих элементов в развитии и физиологической активности мозга [12].

Наибольший интерес представляет роль МГЭ в наследственной патологии [5]. В частности, МГЭ путём инсерционного мутагенеза и рекомбинации вызывают наследственные мутации. Среди известных наследственных заболеваний гемофилия А, мышечная дистрофия (миопатии), миелопролиферативные заболевания, нейрофиброматоз. С МГЭ LINE1 связана высокая частота развития рака молочной железы и прямой кишки [5]. Наиболее известные мутации, вызванные транспозицией МГЭ, представлены в табл. 4.

Изучение роли МГЭ в геноме человека свидетельствует о том, что их важнейшей функцией является контроль и ремоделирование некодирующей РНК – первично неорганизованной части транскриптома с образованием транслируемых продуктов экспрессии генома, определяющей эпигеномную наследственность и обеспечивающую пластичность генома [12, 13].

Таблица 4. Заболевания, вызванные инсерциями и рекомбинацией МГЭ в генах человека.

Таким образом, открытие ЭРВ и вирусспецифических МГЭ привело к открытию функций, эволюционное становление которых непосредственно связано с эволюцией этих вирусов в геноме хозяина. В результате эволюции в составе генома хозяина ЭРВ разделились на две основные ветви: функционализированные и адаптированные к функциям генома хозяина индивидуальные гены и совокупность семейств МГЭ, обеспечивающих не только регуляцию экспрессии генов хозяина, но и ремоделирующих гигантский объём информации, содержащийся в некодирующих РНК-транскриптах и, фактически, составляющих основу эпигеномной наследственности. Пластичность и совершенство генома высших организмов обеспечивается, в значительной степени, именно этими механизмами [2, 9, 11]. Не будет преувеличением утверждение, что первичная интеграция вирусных геномов ЭРВ в геном высших организмов сначала привела к генетическому апокалипсису, а затем в течение продолжительной эволюции (от 45 до 85 млн. лет) к поразительному совершенству геномов современных млекопитающих и, в первую очередь, – человека [2, 17, 18]. Фактически, удивительные свойства ЭРВ создали условия в геноме человека для развития информационной основы развития и генетического контроля человеческого языка и связанных с ним культуры и социального развития [12].

Литература.

Жданов В.М. Эволюция вирусов. М.: Медицина, 1990.

Жданов В.М., Лапин Б.А., Быковский А.Ф. и др. Биофизические и биохимические свойства 2.

лейковируса, пассируемого на обезьянах. ДАН СССР. 1978; 208 : 230–232.

Косякова Н.П., Посевая Т.А., Жданов В.М. К изучению свойств нового, ассоциированного 3.

с онкорнавирусом D антигена. Вопросы вирусологии. 1979; 4 : 381–384.

Weiss R.A. The discovery of endogenous retroviruses. Retrovirology. 2006; 3 : 67–78.

Villarreal L., Ryan F. Viruses in host evolution: general principles and future extrapolations.

Curr. Top. Virol. 2011; 9 : 79–90.

Dupressoir A., Lavialle C., Heidmann T. From ancestral infectious retroviruses to bona fide 6.

cellular genes: Role of the captured syncytins in placentation. Placenta. 2012; 33 : 663–671.

Ryan F. Human endogenous retroviruses in health and disease: a symbiotic perspective. J. Royal 7.

Soc. Med. 2004; 97 : 560–565.

Ovchinnikov I., Rubin A., Swergold G.D. Tracing the LINES of human evolution. Proc. Natl.

Acad. Sci. USA. 2002; 99 : 10522–10527.

Kelley D., Rinn J. Transposable elements reveal a stem cell-specific class of long noncoding 9.

RNAs. Genome Biol. 2012; 13 : R107.

Kelley D.R., Schatz M.C., Salzberg S.L. Quake: quality–aware detection and correction of 10.

sequencing errors. Genome Biology. 2010; 11 : R116.

Steitz J., Borah S., Cazalla D., et al. Noncoding RNPs of Viral Origin. Cold Spring Harb 11.

Perspect. Biol. 2011; 3 : a005165.

Sasaki T., Nishihara H., Hirakawa M., et al. Possible involvement of SINEs in mammalianspecific brain formation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008; 105 : 114220–4225.

St. Laurent G. Shtokalo D., Dong B., et al. VlincRNAs controlled by retroviral elements are a 13.

hallmark of pluripotency and cancer. Genome Biol. 2013; 14 : R73.

Fuchs N.V., Loewer S., Daley G.Q., Izsvk Z., et al. Human endogenous retrovirus K (HML–2) 14.

RNA and protein expression is a marker for human embryonic and induced pluripotent stem cells. Retrovirology. 2013; 10 : 115.

Khodosevich K., Lebedev Y., Sverdlov E. Conference Review. Endogenous retroviruses and 15.

human evolution. Comparative and Functional Genomics. Comp. Funct. Genom. 2002; 3 : 494– 498.

Mangeney M., de Parseval N., Thomas G., Heidmann T. The full–length envelope of an HERV– 16.

H human endogenous retrovirus has immunosuppressive properties. J. Gen. Virol. 2001;

Киселёв О.И. Иммуносупрессия при беременности и грипп. Вопросы вирусологии. 2012;

Bannert N., Kurth R. The evolutionary dynamics of Human endogenous retroviral families. Ann.

Rev. Genomics Hum. Genet. 2006; 7 : 149–173.

Cornelis G., Heidmann O., Degrelle S.A., et al. Captured retroviral envelope syncytin gene 19.

associated with the unique placental structure of higher ruminants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.

Cornelis G., Heidmann O., Bernard–Stoecklin S., et al. Ancestral capture of syncytin–Car1, a 20.

fusogenic endogenous retroviral envelope gene involved in placentation and conserved in Carnivora. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012; 109 (7) : Е432Е441.

Hadjiargyrou M., Delihas N. Review. The Intertwining of Transposable Elements and 21.

NonCoding RNAs. Int. J. Mol. Sci. 2013; 14 : 13307–13328.

Ильин Ю.В., Ананьев Е.В., Чуриков Н.А., Гвоздев В.А., Георгиев Г.П.

Одна интересная черта ретровирусов заключается в том, что мы можем понять их эволюцию и эволюцию нашей клеточной защиты. Вирус иммунодефицита человека пришел к нам от приматов. Самый распространенный тип ВИЧ называется ВИЧ-1. Он составляет примерно 60 миллионов человеческих заражений ВИЧ. Это практически единичный случай, когда вирус шимпанзе поразил человека и стал распространяться среди человеческого населения. Мы знаем, что направление заражения именно такое — от шимпанзе к человеку, — потому что у шимпанзе существует больше типов этого вируса, чем у людей.

Существует еще один тип ВИЧ, названный ВИЧ-2, который пришел к нам от африканских обезьян, а именно дымчатого мангобея. И снова разновидностей этого вируса у мангобеев намного больше, чем у человека. Это говорит нам о том, что перенос вируса происходит от обезьяны к человеку. ВИЧ-2 вызывает похожую болезнь, что и ВИЧ-1, у примерно 20–30% людей. Однако у большинства людей не наблюдаются никакие значимые симптомы после заражения ВИЧ-2. Поэтому один из важных вопросов ВИЧ-биологии заключается в поиске отличий между тем вирусом, который заразил 60 миллионов человек, и тем, что не инфицировал даже приблизительно такое число.

У приматов есть похожие вирусы. Более того, большинство африканских приматов имеют вирус, который родственен нашему ВИЧ-1. Обычно мы называем эти вирусы в соответствии с видом, в котором мы их нашли. Вирус шимпанзе называется ВИО (SIV) — вирус иммунодефицита обезьян (simian immunodefiency virus). В таком случае, бывает ли у шимпанзе СПИД? Это не до конца понятно. Не все шимпанзе заражены. Существуют определенные территории, где проживают зараженные шимпанзе. Но так как они не живут жизнью людей, не ведут утонченный образ жизни, а, наоборот, проживают более трудную жизнь, то умирают намного раньше, за ними становится очень сложно следить и выяснять, есть ли у них это заболевание.

Из-за этого долгое время мы думали, что они не страдают никакими болезнями, потому что у них нет такого сильного иммунодефицита, как у людей. Но в последнее время мы стали думать, что они тоже имеют эту болезнь, возможно, в менее суровой форме. Так как они не живут долго, им не приходится страдать от тех симптомов, которые переживает человек.

Таким образом, до конца не известно, что происходит с ретровирусной инфекцией в организме обезьян. У африканских обезьян вирус практически не вызывает никаких заболеваний, поэтому кажется, что имеет место адаптация как носителя, так и самого вируса по такому принципу, что обезьяна может быть инфицирована, но не страдать от болезней. Они могут заразиться в достаточно раннем возрасте, поэтому могут иметь вирус в своем теле, но при этом не ощущать значимых последствий для своей жизни.

Среди других видов ретровирусы тщательно изучались у мышей. Это делалось в основном потому, что ретровирусная инфекция у мышей способна вызывать рак. Мышь заражается ретровирусом, который обычно называют гамма-ретровирус. Оказывается, что эта ретровирусная инфекция вызывает у мышей рак. Люди, изучавшие рак в 1950–1960-х годах, то есть в самом начале подобных исследований, выращивали мышь до тех пор, пока она не становилась очень уязвимой к этой болезни, а потом пытались выяснить, почему у этих мышей развивается рак. Оказалось, что они получали рак, потому что были инфицированы ретровирусом. Эти ретровирусы переносили гены (онкогены), которые вызывали рак. Таким образом, все первичные исследования ретровирусов были направлены на понимание того, как работает рак и что его вызывает.

Когда появился ВИЧ и стал вызывать иммунодефицит, это стало первым случаем, когда такой тип вируса вызвал такую болезнь. До этого мы знали о ретровирусах только из исследований гамма-ретровирусов, вызывающих рак. Ретровирусы — это такие типы вирусов, которые можно рассматривать как вирусы, путешествующие налегке. Так, например, ВИЧ имеет всего девять генов, а другие ретровирусы вообще три. Так что они действительно путешествуют налегке по сравнению с вирусом герпеса, например, который имеет около двухсот генов. Я считаю, что эти вирусы — МО (modus operandi), их стратегия — путешествовать налегке и быть тихими. Их цель при поражении клетки — не активировать ее и не причинить много ущерба. Я думаю, что изначально они не вызывают сильных болезней, но в длительной перспективе эта инфекция может вызвать болезни вроде рака у мышей. Хотя, возможно, они не вызовут рак у диких мышей. Это происходит только тогда, когда мы пробиваем защиту мыши.

Итак, ретровирусы — это относительно милосердные вирусы, я считаю, потому что они не управляют вашим телом, как делают другие вирусы. Главное их отличие в том, что они превращают РНК в ДНК и интегрируют ДНК в хроматин. Это и есть уникальная черта ретровирусов. Некоторые другие вирусы поступают так же, но только в качестве дополнения. Ретровирусы целиком зависят от этого процесса интеграции. Если клетка не может от них избавиться, она должна умереть для избавления себя от вирусной инфекции.

Ретровирусы внедряют свой геном в хроматин хозяина. Стоит этим генам попасть внутрь хроматина — они останутся там навсегда. Клетка в целом относится к ним как к клеточным генам, так что они считываются, производят РНК, а позже эта РНК направляется в цитоплазму. Вирус производит протеин, клетка производит вирусный протеин, новые вирусы формируются, и они готовы двигаться дальше, заражать новые клетки. Так ретровирусы стали отличным инструментом для изучения клеточной биологии, и это потому, что они простые. Некоторые из них имеют всего три гена. Даже сложный ретровирус вроде ВИЧ имеет всего девять генов. Поэтому очень легко взять их, разделить на части и изучать, какая часть за что отвечает.

В поле генной терапии существует трюк, когда берут ретровирус, вынимают из него ретровирусные гены и вставляют те гены, которые нужны. Потом можно сформировать ретровирусные частицы. Этот трюк можно использовать для развития ретровирусного вектора. Работает это так: можно взять ретровирусный геном, который обычно шифрует все ретровирусные гены, избавиться от них и поставить на их место предпочтительный ген, например терапевтический ген или ген, который можно просто измерять, — мы обычно используем ЗФБ (GFP), который заставляет клетки зеленеть. Если вы это сделаете, вы сможете производить ретровирусные частицы, которые будут только заражать клетку и производить белок. В ретровирусе не окажется ретровирусных генов, так что он сможет производить только терапевтические гены или ЗФБ. И это прекрасный инструмент для изучения клеточной биологии.

Например, можно изменить клетку и посмотреть, продолжает ли вирус оказывать на нее свое влияние, или можно, наоборот, изменить вирус и проверить, может ли он теперь инфицировать клетку. Это будет называться генетическим подходом. Можно выяснить роль различных частей вируса в попадании в клеточное ядро, в попадании в клетку, в пересечении цитоплазмы.