Ранее считавшаяся «бесполезной» ДНК ретровирусов может оказаться ценной

Ученые обнаружили, что древние вирусные элементы ДНК, которые ранее считались «мусором», играют ключевую роль в начале эмбриональной жизни млекопитающих и могут помочь в разработке терапии для борьбы с неизлечимой мышечной дистрофией.Изображение эмбрионов мыши на стадии двух клеток, визуализированных с помощью световой микроскопии. Видны две бластомеры (клетки) внутри зона пеллуцида (защитной оболочки). Фото: Брайони Лик, исследовательница постдокторантуры, группа хроматина и развития, Лаборатория медицинских наук MRC. Источник: https://phys.org/

Новое исследование специалистов из Лондонской лаборатории медицинских наук освещает значимость древней вирусной ДНК в начальных этапах жизни. Публикация, вышедшая 19 декабря в журнале Science Advances, подчеркивает, что вирусоподобный генетический элемент MERVL критически важен для перехода оплодотворенной яйцеклетки мыши на стадию двух клеток — ключевого момента, когда эмбрион начинает активировать свой геном.

Транспозируемые элементы — это фрагменты ДНК, оставшиеся от реликтовых вирусов, встроившихся в геномы предков современных млекопитающих. Неформально их называют «прыгающими генами». На сегодняшний день такие элементы составляют от 8 % до 10 % генома млекопитающих. Ранее считалось, что они не имеют никакой полезной функции, так как не кодируют белки. Однако теперь становится очевидным, что эти элементы влияют на активность генов, особенно на ранних стадиях развития организма.

Создание системы CRISPRa для получения объектов, подобных 2C (двухклеточная стадия эмбриона). (А) Схема ЭСК CVG: одиночный клон ЭСК E14, нацеленный с помощью dCas9-VPR на локус Rosa, а затем конструкция 2C-GFP/CD4 путем случайного интегрирования. (B) Валидация CRISPRa методом RT-qPCR с помощью dCas9-VPR в ЭСК, трансдуцированных указанными sgRNA. Данные являются средними ± SEM для трех независимых клонов RosadCas9-VPR/+. ***P < 0,001, двусторонний t-критерий Стьюдента. (C) Предсказание связывания указанных sgRNA с локусами MT2_Mm в MERVL. (D) Анализ процентного содержания GFP-положительных клеток в ЭСК CVG с помощью проточной цитометрии через 48 часов после трансфекции указанными sgRNAs. Данные представляют собой среднее значение ± SEM из n = 5 независимых экспериментов. *P < 0,05 и **P < 0,01, односторонний дисперсионный анализ Уэлча (ANOVA), сравнивающий каждое условие с sgGAL4, с поправкой Брауна-Форсайта для множественных сравнений. (E) Анализ RT-qPCR указанных генов в GFP-отрицательных (-) и положительных (+) клетках, отсортированных по FACS. Данные представляют собой n = 4 независимых эксперимента. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001 и ****P < 0,0001, непарный t-критерий Уэлча с поправкой Холма-Сидака для множественных сравнений. (F) Вестерн-блоттинг в несортированных ЭСК CVG через 48 часов после трансфекции sgRNA, характерный для трех независимых экспериментов. Источник: https://www.science.org/

Как MERVL влияет на развитие

Исследователи сосредоточились на MERVL — древнем вирусном компоненте, который проявляет высокую активность на двухклеточной стадии эмбриона. На этой стадии клетки имеют тотипотентность, что означает, что они могут образовать все типы клеток организма и дополнительные ткани, такие как плацента. Для сравнения, стволовые или плюрипотентные клетки способны образовать широкий, но ограниченный набор тканей.

Для изучения MERVL ученые применили метод активации CRISPR, чтобы «включить» этот элемент в стволовых клетках мышей. Они обнаружили, что его активация приводит к появлению признаков тотипотентности — клетки частично напоминают двухклеточные эмбрионы по активности генов. Это указывает на то, что MERVL может быть основным регулятором сети генов, запускающих ранние этапы развития.

Интересно, что MERVL активируется транскрипционным фактором Dux, который также включает другие гены. Однако длительная активация Dux приводит к токсическим эффектам и гибели клеток через белок NOXA. При этом сам MERVL не является непосредственным источником этих негативных последствий.