Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Чтобы не допустить контакта антигенов зародыша с клетками материнской крови, клетки соединительной зоны спаяны в один непрерывный объект — подобно сплошному листу, а не мозаике из отдельных клеток. Соединительных стенок между этими клетками нет, их ядра рассыпаны по мембране. Такие мембраны называются «синтиций». И здесь нас снова встречает загадка. Клетки позвоночных не способны сливаться в синтиций. Но ретровирусы — такие, например, как ВИЧ-1, — способны сплавлять клетки позвоночных в многоядерные конгрегации без клеточных стенок.

В феврале 2000 года Джон М. Маккой с коллегами из Института генетики в Кембридже, штат Массачусетс, объявили об открытии доселе неизвестного протеина, позволяющего клеткам сплавляться в синтиций. Эти ученые подтвердили: данный протеин кодируется ответственным за формирование белковой вирусной оболочки геном env человеческого ретровируса HERV-W. Как и вирусы HERV-K, вирусы HERV-W содержат гены и последовательности, принципиально важные для работы человеческого генома. Это открытие было первым весомым и неоспоримым доказательством генетического симбиоза с ретро-вирусами в человеческой эволюции [51]. Через пару месяцев независимо работающая группа Малле из Франции подтвердила открытие [52]. Тремя годами позже было обнаружено, что второй человеческий эндогенный ретровирус, известный как HERV-FRD, кодирует другой синтициновый протеин, играющий важную роль в формировании плацентарной мембраны [53]. Эти протеины получили названия «синтицин 1» и «синтицин 2». У каждого своя особая роль в образовании плаценты. К тому же синтицин 2 (но не синтицин 1) важен для подавления иммунитета — еще одной функции плаценты.

Далее исследования развивались столь стремительно, что за год оказалось возможным прийти к полноценной модели формирования плаценты, описывающей согласованные действия двух производящих синтицины HERV, связанных к тому же и с коэновской находкой ERV-3. Вся троица работает согласованным образом для создания структур, необходимых для защиты и питания зародыша в утробе. Но исследование выявило и весьма любопытную деталь: обнаружилось присутствие приблизительно у одного процента кавказоидов мутации, не позволявшей ERV-3 осуществлять подавление иммунитета и способствовать слиянию клеток — но при этом беременность по-прежнему оставалась возможной. С чем это связано, до сих пор не выяснили, но можно предположить: хотя ERV-3, очевидно, играет важную роль в формировании плаценты в большинстве беременностей, незаменимым он не является. Возможно, другой вирус подключается вместо него.

Как же совместить такую необходимость HERV для организма с эволюционной теорией, а в особенности с естественным отбором? Ранее полагали, что они интегрируются в геном раз и навсегда, — но было показано, что HERV могут покидать хромосомы либо вследствие случайного удаления их частей (известно, что это случается с ходом эволюции), либо когда хромосомы обмениваются частями (что происходит при формировании спермиев и яйцеклеток и называется «половая гомологическая рекомбинация»). Но когда группа французских ученых исследовала эволюционную траекторию ретровирусного гена, кодирующего синтицин 1, ERVWE1, то обнаружила «поразительное сохранение» не только этого гена, но и LTR в течение огромного промежутка времени [54]. Едва ли нужно повторять, что это — прекрасное подтверждение симбиотического характера эволюционной динамики, убедительное свидетельство того, что ген env и LTR вируса HERV-W были сохранены естественным отбором в процессе эволюции приматов. Этот ген присутствует у шимпанзе, горилл, орангутангов, гиббонов и людей.

Отбором на уровне партнерства можно объяснить и другие наблюдаемые свойства HERV, из-за потери генов или мутации лишившихся изначальной экзогенной независимости.

Одни специалисты полагают, что плацента млекопитающих развилась без симбиотического участия вирусов, но другие, включая Вильярреала, считают вирусы причастными к образованию плаценты с самого начала существования плацентарных млекопитающих. По-видимому, оба сценария имеют право на существование, поскольку у каждой большой группы млекопитающих, исследованных на сегодняшний день — а это грызуны, жвачные (включая овец и коров) и приматы, — в образовании плаценты участвуют совершенно разные вирусы. Тут, вероятно, нам помогут сумчатые — млекопитающие, у которых плаценты нет. Их геномы при этом изобилуют ретровирусами, а у некоторых сумчатых, таких, как жирнохвостая сумчатая мышь, возникает подобие плаценты, исчезающей по мере развития зародыша. Напрашивается вывод: именно изучение сумчатых поможет понять, как возникла плацента у млекопитающих. К сожалению, исследования по этой теме были свернуты из-за недостатка финансирования, несмотря на первые многообещающие результаты.

Сейчас мы узнаем все больше о роли, играемой HERV в тканях человеческого тела. Например, LTR содержат «бюрократические» элементы, способствующие экспрессии генов как вирусного, так и позвоночного происхождения и влияющие разными способами на производство клетками белков. Но важнее всего роль HERV в развитии человеческого эмбриона. В середине девяностых годов прошлого века Ларсен с коллегами из университета Упсалы объединился с Патриком Венаблем из Хаммерсмитского госпиталя в Лондоне и Коэном, перешедшим на работу в лабораторию «Эбботт» в Чикаго, где исследовал экспрессии генов ERV3 в человеческих тканях. Совместно они выяснили, что экспрессия ERV3 далеко не ограничивается плацентой и наблюдается во многих тканях, например в сальных железах кожи, буром жире, яичниках, адреналиновых железах, производящих стероиды и впрыскивающих их в кровь, а также в культурах человеческих клеток, подвергнутых стрессу путем понижения содержания кислорода в окружающей среде [55]. Экспрессия ERV3 в производящих гормоны железах — таких, как яичники и адреналиновые железы, — указывает: экспрессия ERV3 может быть зависимой от гормонов.

Шестью годами позже эта же группа в сотрудничестве с другими группами из Великобритании и Германии продолжила изучение экспрессии ERV3 (уже переименованного в HERV-R), а также HERV-К в развивающемся человеческом зародыше [56].

Работа с человеческими зародышами неизбежно влечет за собой проблемы морального свойства, потому следует пояснить: для исследований использовались не зародыши от прерванных беременностей, но от женщин, нуждающихся в удалении зародыша из-за внематочной беременности — опасной для жизни ситуации, когда оплодотворенная яйцеклетка внедряется не в стенку матки, но в стенку фаллопиевой трубы. Было обнаружено, что HERV-R (ERV-3) весьма активен во многих тканях зародыша, включая адреналиновые железы, почки, печень, язык, сердце и центральную нервную систему. Столь высокая экспрессия HERV-R в упомянутых тканях и органах указывает на важность ее для нормального развития клеток этих тканей и органов. Несомненно, настолько нужным и важным для человека HERV-R мог сделаться лишь в результате симбиотической интеграции в процессе эволюции.

В 2003 году французские ученые продолжили эти изыскания, исследуя человеческий геном на предмет env-генов HERV, прямо участвующих в синтезе протеинов в здоровых тканях, и нашли шестнадцать таких генов [57]. Как уже указывалось, активная экспрессия этих генов подразумевает сохранение их естественным отбором по причине выполнения ими важных функций. Три из них участвуют в образовании плаценты, два активно работают в щитовидной и адреналиновых железах — и, возможно, связаны с производством гормонов. Все шестнадцать генов весьма активны в тестикулах, что подтверждает хорошо известный факт активной экспрессии эндогенных ретро-вирусов в половых органах самцов — от мухи дрозофилы до человека. Французские ученые выяснили: хотя некоторые из этих генов не столь активно участвуют в синтезе белков, как остальные, все без исключения их контрольные последовательности, их «бюрократы», задействованы в создании спермы.