Білки-мутагени, які повинні знешкоджувати вірусні послідовності в клітинній ДНК, могли підштовхнути розвиток людського роду.
Ми багато разів говорили про те, що в людській ДНК є залишки від вірусних геномів, які потрапили до наших предків у незапам'ятні часи. Швидше за все, це були віруси, здатні вбудовувати свій спадковий матеріал в клітинні хромосоми (як це роблять сучасні ретровіруси і деякі інші). У такому вигляді вірус може переходити «у спадок» дочірнім клітинам. З часом, однак, в ньому накопичуються мутації, що роблять вірус неактивним, так що він вже не може виробляти нові вірусні частинки і назавжди засипає в клітинному геномі. У перспективі такі «гості» можуть виявитися дуже навіть корисними: наприклад, одні з них допомагають захищати ембріон від інших вірусів, а інші беруть участь у синтезі антитіл.
Мутації, які присипляють віруси, можуть накопичуватися в них природним шляхом, але чекати цього доведеться досить довго. Тому у наших клітин з'явилися свої інструменти, що дозволяють відключити вірусну активність у власному геномі, і один з таких інструментів - білки-мутагени сімейства APOBEC, які можуть вносити зміни в послідовність нуклеїнових кислот, замінюючи одні генетичні літери іншими. Наприклад, APOBEC3G хімічно перетворює азотисту основу цитозин (генетична «буква» С) на азотисту основу урацил («буква» U). Подальшу мутагенну роботу виконують молекулярні машини, що відповідають за репарацію (ремонт) ДНК: якщо раніше в двох комплементарних ланцюгах ДНК стояла пара цитозин-гуанін (С-G), то тепер, після того як над нею попрацювали APOBEC3G і репаріючі білки, вона перетворилася на пару тимін-аденін (Т-А). Тобто вірусний ген став вже іншим, і працювати, як раніше, він вже, швидше за все, не зможе.
Білки APOBEC вміють впізнавати в клітинному геномі саме вірусні послідовності, проте деякий час тому з'ясувалося, що іноді вони спрацьовують і на власній клітинній ДНК. Отже їхня мутагенна активність може стати причиною раку - якщо APOBEC промутує власну ДНК клітини легкого, або нирки, або печінки, або якого ще органу. Але, якщо вони можуть так спрацювати в клітинах нирок, печінки тощо, то що їм заважає змінювати ДНК в статевих клітинах? У цьому випадку генетичні зміни, спровоковані APOBEC, перейдуть в наступне покоління.
Ми знаємо, що мутації - сировина еволюції: природний відбір з безлічі постійно з'являються варіантів генів залишає в популяції ті, які допомагають особині (і виду в цілому) вижити. Дослідникам з Корнельського університету та Університету імені Бар-Ілана спало на думку, що білки APOBEC як генератори мутацій можуть сприяти еволюції - зокрема, еволюції приматів. Ерец Леванон (Erez Y. Levanon) і його колеги порівняли геноми сучасних людей, неандертальців, денисівців (ще один давній різновид Homo), шимпанзе - з одного боку, і мишей, макак резусу і орангутанів - з іншого. При цьому особливу увагу звертали на ті послідовності в ДНК, які привертають білок APOBEC3G: наприклад, одна з його улюблених послідовностей - три літери С поспіль; якщо APOBEC3G бачить ССС, то одну з С він обов'язково промутує.
У статті в Genome Research автори пишуть, що у шимпанзе і людей їм вдалося знайти 37 000 мутацій, згрупованих в 10 000 ділянок ДНК, до яких явно «доклав руку» APOBEC3G: у орангутанів, макак і мишей там були цитозини, а ось у людей і шимпанзе в тих же положеннях стояли інші генетичні «букви». Подібні заміни часто виявлялися або в ділянках генів, що кодують білки, або у важливих регуляторних послідовностях, від яких залежала кількість того чи іншого білка.
Подальший аналіз покаже, наскільки мутації, які APOBEC3G вніс у геном предків людини, посприяли нашій еволюції. Тут треба мати на увазі, що у нас є й інші білки того ж сімейства, здатні змінювати послідовність ДНК, і кожен з них, за словами авторів роботи, може генерувати тисячі генетичних модифікацій. Не виключено, що еволюція всього людського роду отримала прискорення з появою цього сімейства білків-мутагенів. Правда, вважається, що на світ ми з'являємося приблизно з 70 мутаціями - не варто забувати, що у всіх клітин є спеціальні механізми, що стежать за збереженням геному і виправляють всі зміни, щоб все залишалося, як було раніше. Очевидно, баланс між мутагенними та репарівними системами і визначає об'єм матеріалу, який дозволяє виду розвиватися.
За матеріалами Science.