ไวรัสซึ่งรวมอยู่ในจีโนมของบรรพบุรุษของเรามีผลต่อการทำงานของสมอง• Alexander Markov •ข่าววิทยาศาสตร์เกี่ยวกับ "Elements" •พันธุศาสตร์วิทยาศาสตร์ในรัสเซียวิวัฒนาการไวรัสวิทยา

ไวรัสซึ่งรวมอยู่ในจีโนมของบรรพบุรุษของเรามีผลต่อสมอง

retrovirus ซึ่งเคยบูรณาการจีโนมเข้ากับโครโมโซมที่ 22 ของ hominid โบราณแล้วเปลี่ยนระบบควบคุมยีนและส่งผลต่อการทำงานของสมองในบรรพบุรุษของเรา ภาพจาก www.fmnetnews.com

นักวิทยาศาสตร์ของรัสเซียได้แสดงให้เห็นว่าหนึ่งใน 133 retroviruses ที่มีอยู่ภายในจีโนมของเราหลังจากแยกสายวิวัฒนาการของมนุษย์และชิมแปนซีได้รับการ "สร้างภูมิคุ้มกันโมเลกุล" และตอนนี้ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบด้านกฎระเบียบที่ควบคุมยีน PRODH ในบางส่วนของสมอง (ส่วนใหญ่อยู่ในฮิบโป) ยีน PRODH เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สารสื่อประสาทและความสำคัญของสมองได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่าการกลายพันธุ์ของมันส่งผลต่อความเสี่ยงต่อการเป็นโรคจิตเภท ไวรัส Retrovirus ประกอบด้วยไซต์สองแห่งซึ่งมีโปรตีนควบคุม SOX2 อยู่ซึ่งจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรม PRODH ในสมอง ชุดข้อมูลทั้งหมดได้แสดงให้เห็นว่าการแทรกซึมของ retroviral นี้มีบทบาทในการวิวัฒนาการของสมองมนุษย์

จีโนม retroviral ในตัว (retroviruses ภายใน, ERV) มีอยู่มากมายใน genomes ของสัตว์ ในมนุษย์การแทรกไวรัสดังกล่าวพบว่าประมาณแสนพวกเขาร่วมกันสร้างขึ้น 5-8% ของจีโนมมนุษย์ (ดู: Belshaw et al., 2004 การติดเชื้อจีโนมของมนุษย์ในระยะยาวโดย retroviruses ภายในร่างกาย) เช่นเดียวกับองค์ประกอบทางพันธุกรรมเคลื่อนที่อื่น ๆ ERWs มักได้รับ "การทำให้เป็นโมเลกุล" นั่นคือพวกเขากลายเป็นส่วนหนึ่งที่เป็นประโยชน์ของจีโนมของโฮสต์ ความจริงก็คือพวกเขามีองค์ประกอบด้านการกำกับดูแลที่พร้อมใช้งานซึ่ง ได้แก่ promoters และ enhancers (ดูเพิ่ม) ซึ่งมีผลต่อการทำงานของยีนใกล้เคียง ดังนั้นการเคลื่อนไหวของ transposon หรือการแทรก ERV ใหม่อาจเปลี่ยนแปลงการควบคุมการแสดงออกของยีนที่เป็นเจ้าภาพหนึ่งหรืออีกตัวหนึ่ง หากการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นประโยชน์การเลือกจะสนับสนุนการแทรกนี้และการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อมจากองค์ประกอบ "egoistic" จะกลายเป็นส่วนที่เป็นประโยชน์ของจีโนมของโฮสต์ (ดูลิงก์ที่ท้ายกระดาษโน้ต)

จากจำนวน ERV ที่มีอยู่ในจีโนมของเรามีเพียง 133 ชนิดที่เป็นเอกลักษณ์ของมนุษย์เท่านั้น (เรียกว่า hsERV, retroviruses ภายในที่เฉพาะเจาะจงของมนุษย์) hsERV เป็น retroviruses ถิ่นที่อายุน้อยที่สุดพวกเขาได้กลายเป็นแบบบูรณาการในจีโนมของบรรพบุรุษของเราหลังจากแยกพวกเขาจากบรรพบุรุษของลิงชิมแปนซี การศึกษา hsERV เป็นเรื่องที่น่าสนใจโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตามหากเป็นไปได้ว่าอาจพบว่า "บ้านเกิด" ในหมู่พวกเขาอาจส่งผลต่อยีนของมนุษยชาติและช่วยในการค้นหายีนการเปลี่ยนแปลงในการทำงานซึ่งทำให้เราเป็นมนุษย์ (ดูที่ข่าว: ฐานทางพันธุกรรมของจิตใจจะถูกถอดรหัส?, "Elements", 09.10.2006)

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียคนหนึ่งจากสถาบันชีวเคมีเคมีของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซียศูนย์โลหิตวิทยากุมารเวชศาสตร์วิทยาและวิทยาภูมิคุ้มกันวิทยาของกระทรวงสาธารณสุขสถาบันโรคประสาทและวิทยาระบบทางเดินอาหารแห่งราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซียคณะแพทยศาสตร์ขั้นพื้นฐานสถาบันชีวเคมีเคมีแห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐของมอสโกและมหาวิทยาลัยการแพทย์ทางการแพทย์แห่งชาติของรัสเซีย เพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยบอสตัน ก่อนหน้านี้ Anton Buzdin และเพื่อนร่วมงานของเขาแสดงให้เห็นว่า hSERVs มีกิจกรรมโปรโมเตอร์ในเนื้อเยื่อของมนุษย์นั่นคือการเริ่มต้นถอดความของกลุ่มดีเอ็นเอที่อยู่ติดกัน แต่กิจกรรมของพวกเขาไม่จำเป็นต้องมีประโยชน์สำหรับโฮสต์ (ดู: Buzdin et al., 2006. at least 50 HERV-K ที่จำเพาะเจาะจงกับมนุษย์ (HML-2 (Long Terminal ซ้ำใน Vivo เป็นตัวกระตุ้นที่ใช้งานอยู่สำหรับการถอดรหัสดีเอ็นเอของ Nonrepetitive เจ้าบ้าน))

ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร การดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติผู้เขียนได้รายงานผลการค้นหาเป้าหมายสำหรับ retroviruses hsERV ภายในซึ่งทำงานเป็นตัวเสริมซึ่งก็คือมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมยีนของมนุษย์ จาก 133 hsERVs ที่ทราบถึงวันที่มีเพียงหกแห่งเท่านั้นที่อยู่ใกล้กับยีนที่รู้จักกันดี (ขึ้นไปถึง 5,000 คู่เบสที่ด้านหน้าของไซต์เริ่มถอดความ)การปรับปรุงที่เกิดขึ้นจริงมักจะเป็น (แต่ไม่บ่อย) อยู่ในบริเวณนี้ดังนั้นนักวิจัยจึงมุ่งความสนใจไปที่ hsERVs หกรายนี้

นักวิทยาศาสตร์ได้รวมส่วนของดีเอ็นเอที่มีฮอร์โมน hsERV กับยีน luciferase (เอนไซม์ที่ทำให้หิ่งห้อยส่องแสง) และโครงสร้างผลที่ได้ถูกแทรกลงในเซลล์ของมนุษย์จากการเพาะเลี้ยงเซลล์หลาย ๆ ชนิด (ดูการ transfection) โครงสร้างแบบเดียวกันถูกใช้เป็นตัวควบคุมเฉพาะที่มีการถอด hsERV เท่านั้น การทดลองเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถ จำกัด การค้นหาได้ถึงสาม hsERV ซึ่งจะมีผลต่อการแสดงออกของยีนที่อยู่ใกล้เคียงกันมากขึ้น (ในกรณีนี้ luciferase) กิจกรรมเสริมของทั้งสาม hsERV ปรากฏในการเพาะเลี้ยงเซลล์เดียว (Tera1) ของทั้ง 4 ตัว ซึ่งหมายความว่ากิจกรรมของสารเพิ่มกำลังที่ถูกกล่าวหาในสิ่งมีชีวิตมักไม่ปรากฏตัวในทุกที่ แต่เฉพาะในเนื้อเยื่อบางชนิดเท่านั้น ควรเน้นว่าการทดลองดำเนินการไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่อีกสาม hsERV ยังมีกิจกรรมเสริม แต่ก็ไม่ได้ปรากฏตัวขึ้นในวัฒนธรรมของเซลล์เหล่านี้

การทดลองเพิ่มเติมอนุญาตให้ผู้เขียนปฏิเสธผู้สมัครอีกสองรายและมุ่งเน้นไปที่ hsERV ซึ่งอยู่ข้างหน้ายีนในจีโนมมนุษย์ PRODH. เมื่อผลการทดสอบ luciferase มีความสัมพันธ์กับการแสดงออกของยีนควบคุมสมมุติเท่านั้น (ในกรณีนี้ PRODH) ในเซลล์เพาะเลี้ยง

ลิงชิมแปนซีมีดีเอ็นเออยู่ข้างหน้าของยีน PRODH แตกต่างจากคนที่ไม่มี retrovirus endogenous เมื่อปรากฏว่าพื้นที่ของมนุษย์ที่มี hsERV ให้ระดับการแสดงออกของ luciferase ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ Tera1 อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับพื้นที่ลิงชิมแปนซี

ผลทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นว่าการฝังตัว retroviral ซึ่งผู้เขียนกำหนดให้เป็น hsERVPRODHนำไปสู่การแสดงออกของยีนที่เพิ่มขึ้น PRODH ในเนื้อเยื่อบางส่วนของร่างกายมนุษย์

เป็นที่รู้กันดีว่ากิจกรรมของภูมิภาคดีเอ็นเอในทางกลับกันสามารถควบคุมได้ด้วยการทำ methylation (ดูดีเอ็นเอ methylation) การทดลองเพิ่มเติมกับเซลล์ที่ได้รับการ transfected ได้ยืนยันว่านี่เป็นจริงสำหรับ hsERV enhancerPRODH. ระดับเมธิลสูงช่วยลดความสามารถในการกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่อยู่ใกล้เคียงในขณะที่ระดับเมทิลเลตต่ำจะส่งผลต่อการเพิ่มประสิทธิภาพ

หน้าที่ของยีนคืออะไร? PRODH และการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมอันเนื่องมาจากการแทรกซึมของ retroviral มีบทบาทอย่างไรในวิวัฒนาการของมนุษย์? เห็นได้ชัดว่าสามารถทำได้ เอนไซม์ที่เข้ารหัสโดยยีนตัวนี้คือโปรลินด์ดีไฮโดรจีเนสมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของกรดอะมิโน proline ในเซลล์สมอง proline synthesizes กลูตาเมต neurotransmitter ที่สำคัญที่สุด ดังนั้นกิจกรรม PRODH ในทางทฤษฎีก็สามารถมีอิทธิพลต่อความสมดุลของ neurotransmitters และเป็นผลให้การทำงานของสมอง นี่คือการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่ามีการกลายพันธุ์ของยีน PRODH ในมนุษย์พวกเขาเพิ่มความเสี่ยงในการเป็นโรคจิตเภทและโรคทางระบบประสาทอื่น ๆ

ผู้เขียนวัดระดับการแสดงออก PRODH ในตัวอย่างเนื้อเยื่อมนุษย์และพบว่ายีนตัวนี้มีฤทธิ์ในสมองมากที่สุด จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบตัวอย่างชิ้นส่วนต่างๆของสมอง กิจกรรมสูงสุด PRODH พบในฮิบโป; นอกจากนี้ยังพบกิจกรรมสูงในขื่อและท้ายทอยของเปลือกสมอง จากนั้นวัดระดับ methylation ของ hsERVPRODH ในส่วนต่างๆของสมอง retrovirus endogenous ถูก methylated ทุกอย่างยกเว้นใน hippocampus ผู้เขียนยังได้เปรียบเทียบระดับการแสดงออก PRODH (hippocampus, prefrontal cortex และ caudate nucleus) ในมนุษย์และลิงชิมแปนซี มันเปิดออกที่อยู่ในทั้งสามแผนก PRODH ทำงานอย่างแข็งขันในมนุษย์มากกว่าลิงชิมแปนซี สุดท้ายผู้เขียนแสดงให้เห็นว่า PRODH จะแสดงในฮิบโปเฉพาะในเซลล์ประสาท แต่ไม่อยู่ในเซลล์อื่น ๆ ของเนื้อเยื่อสมอง (เช่น astrocytes และ microglial cells)

Enhancers ควบคุมการทำงานของยีนบริเวณใกล้เคียงโดยใช้โปรตีนควบคุมพิเศษ (transcription factors – TF) ซึ่งเชื่อมโยงกับกลุ่มดีเอ็นเอที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะ (TF binding sites) ซึ่งเป็นตัวเสริม การทดลองเพิ่มเติมอนุญาตให้สร้าง hsERV ได้PRODH มีสองเว็บไซต์ที่มีผลผูกพันของปัจจัยการถอดความ SOX2 ที่สำคัญที่สุด เช่นเดียวกับโปรตีนควบคุมอื่น ๆ อีกมากมาย SOX2 จะทำหน้าที่ต่างๆในร่างกาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะควบคุมระยะแรกของการพัฒนาตัวอ่อน (ดูข่าวนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการใหม่สำหรับการได้รับเซลล์ต้นกำเนิด Elements, 11 พฤศจิกายน 2008 และโปรตีนที่ได้รับการระบุ,รับผิดชอบในการรวมตัวของยีนในตัวอ่อน "Elements", 02.09.2013) นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระบบประสาทส่วนกลาง ในสมองการแสดงออกสูงสุดของ SOX2 จะสังเกตได้ในฮิบโป – เฉพาะที่บทบาทของ hsERV คือPRODH ในการควบคุมกิจกรรม PRODH, เห็นได้ชัดที่สุด การทดลองได้ยืนยันว่า SOX2 ติดอยู่กับพื้นที่ผูกพันสองแห่งที่เป็นส่วนหนึ่งของ hsERVPRODHและมันนำไปสู่การแสดงออกที่ดีขึ้น PRODH.

ภาพถัดไปจึงโผล่ออกมา ในบางจุดหลังจากแยกสายวิวัฒนาการของมนุษย์และชิมแปนซีเข้าไปในจีโนมของบรรพบุรุษของเราใกล้ยีน PRODH สร้างขึ้นใน retrovirus อื่นที่ทำให้กิจกรรมของยีน PRODH ขึ้นอยู่กับปัจจัยการถอดความ SOX2 สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรม PRODH ในส่วนต่างๆของสมองส่วนใหญ่อยู่ในฮิบโพสซึ่งการแสดงออกของ SOX2 เป็นค่าสูงสุด

สิ่งเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อการทำงานของสมองอย่างไร แต่ผลที่ได้เกิดขึ้นและเป็นประโยชน์ – ไม่มีข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับเรื่องนี้มิฉะนั้นการคัดเลือกจะไม่ได้เก็บรักษานวัตกรรมดังกล่าวไว้ ดังนั้นเราจึงมีตัวอย่างอีกว่าไวรัส "domesticated" กลายเป็นส่วนสำคัญของจีโนมของโฮสต์หรือไม่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ที่เขียนเรื่องราวเกี่ยวกับไวรัสที่ควบคุมสมองมนุษย์ไม่ได้ไกลจากความจริง

ผู้เขียนได้ตั้งข้อสังเกตว่า ERVs ของมนุษย์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการศึกษามีสองตำแหน่งที่เหมาะสำหรับการยึด SOX2 ตัดสินโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นที่เหล่านี้ค่อนข้างอนุรักษ์นิยม – พวกเขาไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากนักในระหว่างวิวัฒนาการ – มันสามารถสันนิษฐานได้ว่าอย่างน้อยบางส่วนของพวกมันมีหน้าที่ในการเชื่อมโยงกับ SOX2 และนี่เป็นสิ่งที่เป็นประโยชน์สำหรับร่างกาย คาดว่าการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับไวรัส retrovirus ภายในจะนำไปสู่การค้นพบที่น่าสนใจใหม่ ๆ

ที่มา: มาเรีย Suntsova เอเลวี Gogvadze เซอร์เกย์ Salozhin, Nurshat Gaifullin, ชาเลีย Eroshkin เซอร์เกย์อี Dmitriev, Natalia Martynova, คิริลล์ Kulikov, Galina Malakhova, Gulnur Tukhbatova, อเล็กซ์พี Bolshakov มิทรี Ghilarov, แอนดรู Garazha, อเล็กซานเด Aliper ชาร์ลส์ R Cantor, ยูริ Solokhin, Sergey Roumiantsev, Pavel Balaban, Alex Zhavoronkov และ Anton Buzdin บทนำยีน retroviral เฉพาะถิ่นที่เฉพาะเจาะจงสำหรับมนุษย์สำหรับโรคจิตเภทที่เชื่อมโยงกัน PRODH // พร Natl Acad วิทย์ ประเทศสหรัฐอเมริกา เผยแพร่ทางออนไลน์ก่อนพิมพ์พฤศจิกายน 11, 2013

เมื่อ "การทำให้เป็นโมเลกุล" ดูเพิ่มเติม:
1) บทความจากฉบับล่าสุดของนิตยสาร วิทยาศาสตร์ซึ่งแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบเคลื่อนที่เคลื่อนที่ในบ้านมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของโครโมโซมเพศในแมลงวันผลไม้: Christopher E. Ellison, Doris Bachtrog, 2013 ค่าชดเชยยาผ่าน Transposable Element
2) บรรพบุรุษของมนุษย์ยืมยีนที่เป็นประโยชน์จากไวรัส Elements, 10/22/2008
3) การเปรียบเทียบจีโนมของ 29 สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชี้ให้เห็นถึงวิวัฒนาการของมนุษย์ "องค์ประกอบ", 11/05/2011

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: