Могут ли остатки древних вирусных инфекций влиять на здоровье человека сегодня?

Модели экспрессии эндогенных ретровирусов человека связаны со снижением риска нейродегенеративных заболеваний.

Из приблизительно трех миллиардов оснований ДНК, составляющих геном человека, удивительно большая часть имеет нечеловеческое происхождение: около восьми процентов состоит из последовательностей древних ретровирусов. ¹ Эти остатки получены из инфекций, которые произошли миллионы лет назад и с тех пор передаются через зародышевую линию. Известные как человеческие эндогенные ретровирусы, или HERV, эти последовательности больше не производят активные вирусы и когда-то в основном считались мусором, сказал Тимоти Пауэлл , нейробиолог из Королевского колледжа Лондона. «[Но] теперь мы начинаем понимать, что HERV играют довольно разнообразную роль», — сказал Пауэлл. Некоторые HERV транслируются в белки, которые взаимодействуют с иммунной системой , а другие транскрибируются в молекулы РНК , которые могут регулировать экспрессию других генов сложными и плохо изученными способами; роль этих геномных реликтов в здоровье и болезнях остается в значительной степени неизвестной. ^2,3

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Brain, Behavior, and Immunity , Пауэлл и его коллеги определили две специфические сигнатуры экспрессии HERV , связанные с заболеванием: снижение уровня HERV, расположенных на хромосоме 1 и хромосоме 12, было связано с повышенной восприимчивостью к рассеянному склерозу (РС) и боковому амиотрофическому склерозу (БАС) соответственно. ⁴ Это направление исследований может дать новое представление о процессах, лежащих в основе этих заболеваний, и потенциально выявить новые терапевтические цели. 

Используя данные ранее опубликованных исследований ассоциаций по всему геному, исследователи составили каталог однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), связанных с рассеянным склерозом, боковым амиотрофическим склерозом, болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона. Затем они отправились на поиски этих SNP в отдельном наборе данных из консорциума CommonMind, который содержит геномные и транскриптомные анализы тканей мозга сотен людей. «Это позволяет нам сделать вывод о том, как генетические факторы риска — скажем, для бокового амиотрофического склероза — влияют на экспрессию HERV», — объяснил Пауэлл. 

После проведения нескольких статистических тестов ни генетические варианты, связанные с болезнью Альцгеймера, ни генетические варианты, связанные с болезнью Паркинсона, не оказали существенного влияния на экспрессию HERV. Однако генетические варианты РС были существенно связаны с пониженной экспрессией HERV под названием ERVLE_1p36.32a, а варианты БАС были связаны с пониженной экспрессией MER61_12q14.2. 

«Похоже, что подавление HERV связано с восприимчивостью, а это значит, что повышение регуляции HERV [может быть] связано с защитой», — сказал соавтор Родриго Дуарте , научный сотрудник группы Пауэлла в Королевском колледже Лондона. «Итак, что это значит? Для меня это может означать, что некоторые из этих вирусных генов эволюционировали, чтобы играть действительно важную роль в том, как функционирует наш мозг». Эта идея не так уж и неправдоподобна, как может показаться на первый взгляд: несколько исследований уже показали, что млекопитающие могут использовать эндогенные ретровирусы для выполнения адаптивных функций, включая формирование плаценты и регуляцию экспрессии генов во время беременности. ^5,6

В настоящее время функции HERV, связанных с рассеянным склерозом и боковым амиотрофическим склерозом, остаются неизвестными, хотя анализ их совместной экспрессии с другими генами позволил предположить их участие в процессах, связанных с гомофильной клеточной адгезией, при которой молекула клеточной поверхности связывается с молекулой того же типа на другой клетке. 

Кристофер Пауэр , изучающий вирусы и нервную систему в Университете Альберты и не принимавший участия в исследовании, описал исследование как впечатляющий биоинформатический подход к изучению связей между HERV и различными нейродегенеративными заболеваниями. Однако он отметил, что исследование оставляет без ответа многие механистические вопросы. Например, он заметил, что функция, выведенная с помощью анализа коэкспрессии — гомофильная клеточная адгезия — довольно неопределенна и, следовательно, может дать ограниченное представление о процессах заболевания. Пауэр сказал, что для подтверждения связей, наблюдаемых в этом исследовании, потребуются будущие эксперименты. «В целом, это важная статья», — сказал он. «Но, похоже, есть несколько вопросов, которые остаются неясными. Я думаю, это еще один стимул для изучения роли HERV».

Пауэлл и Дуарте согласились, что в настоящее время существует относительно мало научных знаний о том, что делают большинство HERV, но они горят желанием погрузиться в эти тайны.

«Если мы сможем использовать этот [подход] для выявления HERV, которые являются факторами риска различных расстройств или заболеваний, [тогда мы сможем изучить], что делают эти HERV», — сказал Пауэлл. «Мы также хотим рассмотреть более детальный уровень — мы знаем, что они экспрессируются в мозге, но какие типы клеток важны? Как манипуляции этими HERV влияют на развитие или старение нейронов или глиальных клеток, или любых других клеток, которые могут быть затронуты? Размышления о функции — это действительно следующий приоритет».

Из приблизительно трех миллиардов оснований ДНК, составляющих геном человека, удивительно большая часть имеет нечеловеческое происхождение: около восьми процентов состоит из последовательностей древних ретровирусов. ¹ Эти остатки получены из инфекций, которые произошли миллионы лет назад и с тех пор передаются через зародышевую линию. Известные как человеческие эндогенные ретровирусы, или HERV, эти последовательности больше не производят активные вирусы и когда-то в основном считались мусором, сказал Тимоти Пауэлл , нейробиолог из Королевского колледжа Лондона. «[Но] теперь мы начинаем понимать, что HERV играют довольно разнообразную роль», — сказал Пауэлл. Некоторые HERV транслируются в белки, которые взаимодействуют с иммунной системой , а другие транскрибируются в молекулы РНК , которые могут регулировать экспрессию других генов сложными и плохо изученными способами; роль этих геномных реликтов в здоровье и болезнях остается в значительной степени неизвестной. ^2,3

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Brain, Behavior, and Immunity , Пауэлл и его коллеги определили две специфические сигнатуры экспрессии HERV , связанные с заболеванием: снижение уровня HERV, расположенных на хромосоме 1 и хромосоме 12, было связано с повышенной восприимчивостью к рассеянному склерозу (РС) и боковому амиотрофическому склерозу (БАС) соответственно. ⁴ Это направление исследований может дать новое представление о процессах, лежащих в основе этих заболеваний, и потенциально выявить новые терапевтические цели. Используя данные ранее опубликованных исследований ассоциаций по всему геному, исследователи составили каталог однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), связанных с рассеянным склерозом, боковым амиотрофическим склерозом, болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона. Затем они отправились на поиски этих SNP в отдельном наборе данных из консорциума CommonMind, который содержит геномные и транскриптомные анализы тканей мозга сотен людей. «Это позволяет нам сделать вывод о том, как генетические факторы риска — скажем, для бокового амиотрофического склероза — влияют на экспрессию HERV», — объяснил Пауэлл. 

После проведения нескольких статистических тестов ни генетические варианты, связанные с болезнью Альцгеймера, ни генетические варианты, связанные с болезнью Паркинсона, не оказали существенного влияния на экспрессию HERV. Однако генетические варианты РС были существенно связаны с пониженной экспрессией HERV под названием ERVLE_1p36.32a, а варианты БАС были связаны с пониженной экспрессией MER61_12q14.2. 

«Похоже, что подавление HERV связано с восприимчивостью, а это значит, что повышение регуляции HERV [может быть] связано с защитой», — сказал соавтор Родриго Дуарте , научный сотрудник группы Пауэлла в Королевском колледже Лондона. «Итак, что это значит? Для меня это может означать, что некоторые из этих вирусных генов эволюционировали, чтобы играть действительно важную роль в том, как функционирует наш мозг».

Продолжение статьи ниже…Микробиология Вирусы защищают мышей от стресса Читать Далее

Эта идея не так уж и неправдоподобна, как может показаться на первый взгляд: несколько исследований уже показали, что млекопитающие могут использовать эндогенные ретровирусы для выполнения адаптивных функций, включая формирование плаценты и регуляцию экспрессии генов во время беременности. ^5,6

В настоящее время функции HERV, связанных с рассеянным склерозом и боковым амиотрофическим склерозом, остаются неизвестными, хотя анализ их совместной экспрессии с другими генами позволил предположить их участие в процессах, связанных с гомофильной клеточной адгезией, при которой молекула клеточной поверхности связывается с молекулой того же типа на другой клетке. 

Кристофер Пауэр , изучающий вирусы и нервную систему в Университете Альберты и не принимавший участия в исследовании, описал исследование как впечатляющий биоинформатический подход к изучению связей между HERV и различными нейродегенеративными заболеваниями. Однако он отметил, что исследование оставляет без ответа многие механистические вопросы. Например, он заметил, что функция, выведенная с помощью анализа коэкспрессии — гомофильная клеточная адгезия — довольно неопределенна и, следовательно, может дать ограниченное представление о процессах заболевания. Пауэр сказал, что для подтверждения связей, наблюдаемых в этом исследовании, потребуются будущие эксперименты.

«В целом, это важная статья», — сказал он. «Но, похоже, есть несколько вопросов, которые остаются неясными. Я думаю, это еще один стимул для изучения роли HERV».

Пауэлл и Дуарте согласились, что в настоящее время существует относительно мало научных знаний о том, что делают большинство HERV, но они горят желанием погрузиться в эти тайны.

«Если мы сможем использовать этот [подход] для выявления HERV, которые являются факторами риска различных расстройств или заболеваний, [тогда мы сможем изучить], что делают эти HERV», — сказал Пауэлл. «Мы также хотим рассмотреть более детальный уровень — мы знаем, что они экспрессируются в мозге, но какие типы клеток важны? Как манипуляции этими HERV влияют на развитие или старение нейронов или глиальных клеток, или любых других клеток, которые могут быть затронуты? Размышления о функции — это действительно следующий приоритет». Продолжение статьи ниже… Эволюционная биология. Могут ли вирусы в геноме вызывать заболевания? Читать Далее Ссылки

1. Токуяма М. и др. Анализ ERVmap выявляет транскрипцию эндогенных ретровирусов человека по всему геному. Proc Natl Acad Sci USA . 2018;115(50):12565-12572.
2. Гранди Н., Трамонтано Э. Белки оболочки HERV: физиологическая роль и патогенный потенциал при раке и аутоиммунитете. Front Microbiol . 2018;9:462.
3. She J, et al. Ландшафт hervRNA, транскрибированных из человеческих эндогенных ретровирусов по всем участкам человеческого тела. Genome Biol . 2022;23(1):231.
4. Дуарте РРР и др. Древняя вирусная ДНК в геноме человека, связанная с нейродегенеративными заболеваниями. Brain Behav Immun . 2025;123:765-770.
5. Хейг Д. Ретровирусы и плацента. Curr Biol . 2012;22(15):R609-R613.
6. Чуонг ЭБ. Плацента становится вирусной: ретровирусы контролируют экспрессию генов во время беременности . PLOS Biol . 2018;16(10):e3000028.