Древни вируси са помогнали за еволюцията на по-бързи и по-дълги нервни клетки

Това се е случило няколко пъти независимо едно от друго при челюстните животни

Ваня Милева Последна промяна на 19 февруари 2024 в 00:00 2019 0

Миелинизирани нервни влакна; напречно сечение на нерв, 400Х при 35 мм. Показва: нервно влакно (тъмно), миелинова обвивка (бяла) и ендоневриум (синя, съединителна тъкан.

Кредит Getty Images

Миелинизирани нервни влакна; напречно сечение на нерв, 400Х при 35 мм. Показва: нервно влакно (тъмно), миелинова обвивка (бяла) и ендоневриум (синя, съединителна тъкан.

Древните вируси наистина ни лазят по нервите, но по най-добрия начин.

Един конкретен ретровирус, вграден в ДНК на челюстните гръбначни животни, помага да се включи производството на протеин, необходим за изолиране на нервните влакна, съобщават изследователи на 15 февруари в Cell. Тази изолация, наречена миелин, може би е помогнала за създаването на бързи мисли и сложни мозъци.

Всъщност опитът с ретровирусите е бил толкова полезен, че се е появил многократно в еволюцията на гръбначните животни с челюсти, установява екипът.

Ретровирусите - известни още като подвижни гени или ретротранспозони - са РНК вируси, които правят свои ДНК копия, за да се вградят в ДНК на гостоприемника. Някога учените са смятали остатъците от древните вируси за генетичен боклук, но това схващане се променя, отбелязва неврологът Джейсън Шепърд (Jason Shepherd), който не е участвал в изследването.

Елементи на нервната система. Кредит: Cenveo (CC BY 3.0 US DEED)

"Все повече откриваме, че тези ретротранспозони и ретровируси са повлияли на еволюцията на живота на планетата", заявява Шепърд от Медицинския факултет на Университета на Юта "Спенсър Фокс Екълс" в Солт Лейк Сити.

Вече е известно, че останки от ретровируси са подпомогнали еволюцията на плацентата, имунната система и други важни етапи в човешката еволюция. Сега те са замесени в подпомагането на производството на миелин.

Миелинът е покритие от мазнини и протеини, което обвива дългите нервни влакна, наричани аксони. Покритието работи малко като изолацията около електрически проводници: Нервите, обвити с миелин, могат да изпращат електрически сигнали по-бързо, отколкото неизолираните нерви.

Покритите нервни влакна могат също така да бъдат по-тънки и да нарастват повече, отколкото биха били без изолация, което позволява на животните да увеличават размерите си, обяснява Робин Франклин (Robin Franklin), биолог по стволови клетки в Altos Labs-Cambridge Institute of Science в Англия. Той посочва, че по-тънките влакна могат да бъдат разположени по-ефективно в нервната система.

"В резултат на наличието на миелин мозъкът става по-сложен, а гръбначните животни - по-разнообразни", обяснява Франклин. "Ако миелинизацията не се беше случила в ранната еволюция на гръбначните животни, нямаше да имаме цялото това разнообразие от гръбначни животни, което виждаме сега."

Франклин и колегите му претърсват събраните по-рано данни за доказателства за подвижни генетични елементи, особено за такива, които могат да повлияят на производството на миелин. Те попадат на данни за клетките, които обвиват нервите с миелин: Екипът открива високи нива на РНК от древен ретровирус.

Тази РНК, наречена ретромиелин, не съдържа инструкции за създаване на протеин. Екипът открива, че РНК се свързва с протеин, наречен SOX10, и заедно с него се включва производството на основния миелинов протеин, който затваря миелина в плътна обвивка около нервните клетки.

Когато изследователите използват генетичен похват, за да намалят количеството на ретромиелин в мозъците на плъхове, риби зебра и жаби, производството на основния миелинов протеин спада. Това откритие предполага, че ретромиелиновата РНК е важна за производството на миелин.

Други ретротранспозони са повлияли на еволюцията, като са създали нови превключватели в генетичните контролни панели на определени гени или като са произвели нови версии на протеини, които регулират активността на гените - разказва Ейрене Маркенскоф-Пападимитриу (Eirene Markenscoff-Papadimitriou), специалист по невронаука на развитието в Университета Корнел, която не е участвала в изследването. Но производството на РНК за повлияване на активността на даден ген е нов подход. Откритието е "много изненадващо и важно доказателство за нов тип процес на развитие, който е възможен благодарение на тези ретровируси", заявява изследователката.

Копиране или изрязване. Транспозоните се движат по два начина: Ретротранспозоните първо правят РНК копия на себе си. След това ензим, наречен обратна транскриптаза, преобразува РНК копията обратно в ДНК, която се вмъква произволно навсякъде в генома. ДНК транспозоните се отделят от останалата част от ДНК с помощта на ензима транспозаза и след това прескачат на ново място. Кредит: D. Lisch/ Nature Reviews Genetics 2013

Организмите с прешлени и челюсти, включително риби, земноводни и бозайници, имат ретромиелин, но миногите и други риби и безгръбначни без челюсти нямат. Макар че това изглежда да предполага, че ретровирусът е попаднал в общия прародител на челюстните гръбначни животни, изглежда, че случаят не е такъв.

Екипът установява, че всеки от изследваните видове има своя собствена версия на ретромиелин, а не сродни версии с някои малки промени. Тази закономерност показва, че ретровирусът е заразил няколко вида по различно време, но е довел до един и същ резултат - концепция, известна като конвергентна еволюция.

Не е ясно защо миногите и другите безчелюстни гръбначни животни нямат ретромиелин. Една от възможностите е вирусите да не заразяват миногите, пояснява съавторът на изследването Танай Гош (Tanay Ghosh), изчислителен биолог в Altos Labs. Възможно е вирусите да са заразили миногите, но да не са били еволюционно полезни и да са се изгубили.

За челюстните гръбначни животни, коментира Маркенскоф-Пападимитриу, наличието на миелинов основен протеин и други компоненти, необходими за производството на миелин, може да е било важно, за да се възползват от предимствата на ретромиелин. "Ние се заразяваме постоянно и някои от тези [вируси] дават еволюционно предимство." Учените забелязват успешни примери, при които вероятно ретромиелинът веднага е дал предимство на организма-гостоприемник и е бил запазен, посочва Маркенскоф-Пападимитриу.

Обикновено изследователите се интересуват от гени и РНК, които произвеждат протеини. Те отсяват некодиращите РНК - такива като ретромиелин, които не произвеждат протеини. Но, отбелязва Маркенскоф-Пападимитриу, учените все повече признават, че некодиращите РНК също вършат важна работа.

"Тази статия ще бъде вдъхновение за други еволюционни биолози, проучвайки по-добре своите данни, да търсят ретротранспозоните."

Справка: T. Ghosh et al. A retroviral link to vertebrate myelination through retrotransposon-RNA-mediated control of myelin gene expression. Cell. Published online February 15, 2024. doi: 10.1016/j.cell.2024.01.011.

Източник: Ancient viruses helped speedy nerves evolve, Tina Hesman Saey, Science

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !