За миллион лет мартышки подружились с вирусом иммунодефицита
Толерантность к инфекции обезьяньим вирусом иммунодефицита выработалась у африканских зеленых мартышек за миллион лет совместного существования, говорится в исследовании, которое опубликовано в Nature Genetics. Ученые также уточнили систематику зеленых мартышек — модельных животных, активно используемых в биомедицине.
Африканскими зелеными мартышками называют приматов из рода Chlorocebus. В природе они населяют леса и саванны Африки, а также были занесены на Карибские острова в процессе колонизации этих территорий. Эти животные рассматриваются как перспективная модель для биомедицинских исследований — в противоположность, например, крысам, мартышки обладают схожей с человеком диетой, циркадными ритмами и гормональным статусом. Зеленые мартышки используются для исследования вакцин, процессов воспаления, и даже нейродегенеративных заболеваний.
Наиболее востребованы мартышки в исследованиях вируса иммунодефицита. В природных популяциях большая часть животных заражена обезьяним вариантом этого вируса (SIV — simian immunodeficiency virus), однако даже высокая вирусная нагрузка не приводит у них к развитию болезни.
Сотрудники Центра нейроповеденческой генетики Калифорнийского университета занимаются утверждением зеленых мартышек в статусе модельного объекта, поэтому активно изучают геномику и молекулярную эволюцию этих приматов, также в новой работе принял участие сотрудник МФТИ Василий Раменский. Ученые сравнили геномы 163 животных из разных частей африканского континента и Карибских островов, принадлежащих к шести известным таксономическим группам. На основании этих данных исследователи уточнили систематику мартышек, а также приблизились к пониманию причин устойчивости к вирусу иммунодефицита.
Ученые до сих пор не пришли к одному мнению, являются ли зеленые мартышки одним видом (
с несколькими подвидами, либо пятью или шестью разными видами. На основе молекулярного анализа геномов авторы обсуждаемой работы пришли к выводу, что разные популяции этих обезьян довольно сильно отличаются друг от друга по генотипу — уровень генетического разнообразия среди них примерно в два раза выше, чем среди человеческих популяций. Группы, известные как
и
различаются между собой значительно (вероятно, их следует считать отдельными видами), в то время как С.
и
скорее являются подвидами
(верветки).
Исследователи сравнили скорость закрепления тех или иных аллелей в разных группах, чтобы понять, были ли эти генетические варианты предметом естественного отбора. Оказалось, что многие варианты, подверженные отбору, отражают процесс коэволюции обезьян совместно с вирусом иммунодефицита. Ученые подсчитали, что вирус появился в популяциях обезьян более миллиона лет назад.
Среди генов, мутации в которых поспособствовали развитию устойчивости у вирусу, оказались компоненты сигнальных путей и транскрипционные регуляторы, а не вирусные рецепторы, как можно было бы предположить. Таким образом, в процессе эволюции обезьяны научились не избегать инфекции, а жить с ней. Многие из найденных генов вовлечены во взаимодействие с вирусом и у человека. К примеру, самые сильные признаки отбора обнаружили в гене RANBP3, кодирующем РНК-связывающий белок, который у человека участвует в транспорте вирусных мРНК из ядра в цитоплазму. На втором месте оказался фактор транскрипции NFIX, регулирующий множество как клеточных, так и вирусных промоторов. Вероятно, эволюция этого белка помогла изменить экспрессию вирусных генов и уменьшить его патогенность.
Обезьяний вариант вируса, по всей видимости, передался человеку в начале XX века в Западной Африке, откуда распространился по человеческим популяциям во всем мире. В настоящее время среди людей также встречается устойчивость к вирусу иммунодефицита человека. В отличие от обезьян, она обусловлена мутацией в белке CCR5 на поверхности лейкоцитов, который используется вирусом для проникновения в клетку, то есть является вирусным рецептором. Мы рассказывали, как китайские ученые пытались внести эту мутацию в человеческие эмбрионы, чтобы сделать их устойчивыми к заражению ВИЧ.
Дарья Спасская
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».