Древние млекопитающие заразились плацентой
Плацента (красный круг справа) позволяет и людям, и этому мышонку проводить начало жизни в животе у матери. Возможно, этот замечательный орган никогда бы не появился, если бы наши далекие предки не подхватили где-то очень странную заразу (фото из статьи в Nature genetics)

Ген Peg10, необходимый для развития плаценты, судя по всему, был позаимствован древними млекопитающими у "подвижного генетического элемента" - ретротранспозона. Это уже не первый случай, когда крупная эволюционная новация оказывается связана с этими странными вирусоподобными объектами.

Недавно обнаруженный ген Peg10 мог сыграть важную роль в появлении плацентарных млекопитающих. Об этом свидетельствуют результаты исследований Рюичи Оно (Ryuichi Ono) из Токийского медицинского университета и его коллег. Ученые показали, что у мышиных эмбрионов с выключенным геном Peg10 нарушается развитие плаценты, отчего эмбрион погибает через 10 дней после зачатия. Внешне плацента такого эмбриона выглядит почти нормально, однако в ней отсутствуют некоторые типы клеток, необходимые для эффективной работы органа.

При помощи чрезвычайно сложных манипуляций, связанных с приживлением к дефектному зародышу эмбриональных клеток с нормально работающим геном Peg10, исследователям удалось спасти нескольких обреченных и вырастить из них взрослых мышей, способных к размножению. Правда, они заметно отставали в развитии. При этом ген Peg10 у них по-прежнему не работал. Тем самым было показано, что ген необходим в первую очередь именно для развития плаценты, хотя может выполнять и ряд других, менее важных функций.

Обнаружение гена, необходимого для развития плаценты, само по себе очень интересно. Появление плаценты позволило продлить внутриутробное развитие, что, в свою очередь, имело далеко идущие эволюционные последствия. Согласно одной из гипотез, именно плацентарность создала предпосылки для увеличения размеров мозга и быстрого "поумнения" млекопитающих, которое началось около 60 млн лет назад и затронуло только плацентарных (сумчатые и однопроходные, не имеющие плаценты, так и остались тугодумами). Кстати, еще предстоит выяснить, имеются ли аналоги гена Peg10 у сумчатых и однопроходных (пока известно, что ген, похоже, есть у всех плацентарных, но отсутствует у птиц и рыб).

Однако нет никаких оснований говорить, что ген Peg10 "кодирует плаценту", как поспешили сообщить некоторые новостные сайты. Плацента, хоть и "бракованная", развивается и без его помощи. Появление нового эмбрионального органа потребовало согласованных изменений множества разных генов. Peg10 - только один из них (возможно, один из важнейших, но точно не единственный).

Интересно другое. Ген Peg10 по своей структуре чрезвычайно сходен с мобильным генетическим элементом - ретротранспозоном Sushi-ichi, относящимся к семейству ретротранспозонов Ty3/gypsy LTR. Ретротранспозон - это нечто вроде упрощенного вируса, почти утратившего инфекционность (способность передаваться от одного хозяина к другому), но всё еще умеющего размножаться внутри клетки хозяина и встраивать свои копии в хозяйский геном. Типичные ретротранспозоны представляют собой участки ДНК, кодирующие два фермента - обратную транскриптазу и интегразу. Первая производит ДНК-копии ретротранспозона на матрице РНК (которая получается в результате транскрипции - "прочтения" - ретротранспозона белками клетки-хозяина). Вторая - встраивает эти копии в хозяйские хромосомы. Ретротранспозоны передаются обычно только по наследству - от родителей к детям, но иногда, крайне редко, ими все-таки можно "заразиться" как вирусами.

По-видимому, предки млекопитающих подхватили где-то ретротранспозон, который со временем был "приручен", утратил подвижность, а затем один из его генов был рекрутирован для выполнения новой функции - регуляции развития плаценты.
Это не единственный случай такого рода. От ретротранспозона ведет свою родословную фермент теломераза, от которой зависит восстановление кончиков хромомосом, укорачивающихся после каждой репликации. Теломераза играет важную роль в процессах старения и в образовании раковых опухолей (первое связано с низкой, второе - со слишком высокой активностью теломеразы). Для восстановления кончиков хромосом теломераза использует РНК-матрицу и механизм обратной транскрипции - главное "ноу-хау" ретротранспозонов и их родни - ретровирусов. Теломеразная регуляция - важнейший механизм поддержания целостности сложного многоклеточного организма, в котором ни одна клетка не имеет права делиться, когда ей вздумается.

У обычных (не "ретро") транспозонов древние позвоночные позаимствовали фермент транспозазу, который умеет вырезать и перемещать участки ДНК. Потомки этой транспозазы - белки RAG - собирают из кусочков гены иммуноглобулинов, по-разному комбинируя фрагменты ДНК в зреющих лимфоцитах. Так достигается огромное разнообразие этих защитных белков при небольшом количестве имеющихся в геноме фрагментов-заготовок. Великолепная иммунная система позвоночных была одной из главных предпосылок их эволюционного успеха.

Всё это более чем странно. Слишком уж часто, когда генетики докапываются до очередного гена, связанного с крупным прогрессивным преобразованием, они натыкаются на следы деятельности блуждающих вирусоподобных элементов - транспозонов и ретротранспозонов. Случайно ли?

Источник: Ono et al. Deletion of Peg10, an imprinted gene acquired from a retrotransposon, causes early embryonic lethality // Nature Genetics. Advanced online publication. doi:10.1038/ng1699.

Александр Марков

15.12.2005 http://elementy.ru

http://elementy.ru/news/165048