Вирусная ДНК глушит у шимпанзе ген, который работает у нас

Гены, кодирующие белки, у человека и шимпанзе почти одинаковы, а мозг у нас примерно втрое больше. Шведские нейробиологи нашли одну из возможных причин в неожиданном месте — в остатках вируса, который заразил предков шимпанзе миллионы лет назад и до сих пор сидит в их геноме.

Вирусы, ставшие частью генома

Ретровирусы встраивают свою ДНК в геном клетки-хозяина. Если заражена половая клетка, вставка переходит к потомству и дальше передаётся из поколения в поколение, как обычный ген. Такие следы старых инфекций называют эндогенными ретровирусами. И у человека, и у шимпанзе они занимают не меньше 8% генома.

Бесполезным мусором их не считают давно. Без вирусного наследства, например, не обошлась эволюция плаценты у млекопитающих. Ген ARC, нужный для долговременной памяти, тоже ведёт происхождение от ретровирусов — причём у наземных позвоночных и у мух он появился независимо.

Группа Йохана Якобссона из Лундского университета в Швеции заинтересовалась одним таким остатком — PTERV1. Его описали ещё в 2005 году. Вирус заразил предков шимпанзе 5–7 миллионов лет назад, и теперь его копии сидят в геноме шимпанзе в 158 местах. У человека их нет: почему наши предки избежали этой инфекции, неизвестно. Возможно, они жили далеко от тех мест, где вирус ходил, или их организм сумел его остановить. PTERV1 встречается ещё у горилл и макак, но, по мнению Якобссона, там это могли быть отдельные заражения.

Ген, который у шимпанзе молчит

Сами вирусные вставки клетка держит выключенными с помощью метилирования — химических меток на ДНК. Учёные предположили, что заодно глушатся и соседние гены хозяина.

Чтобы это проверить, сравнили органоиды — выращенные из стволовых клеток зачатки мозга человека и шимпанзе — в возрасте 15 дней, когда они ещё выглядят одинаково. Рядом с вирусными вставками нашлось 46 генов, и 11 из них работали у двух видов немного по-разному. Резче всего отличался LINC00662 на 19-й хромосоме: у шимпанзе он молчал полностью, у человека был активен. Этот ген не кодирует белок, а производит РНК-регулятор, и в мозге человеческого зародыша его активность достигает пика на 10–12-й неделе после зачатия.

Дальше эксперимент провели в обе стороны. В стволовых клетках шимпанзе вирусную вставку вырезали с помощью CRISPR — и LINC00662 включился, как у человека. В человеческих органоидах, наоборот, ген выключили, и упала активность генов, отвечающих за рост аксонов и дендритов, то есть отростков, которыми нейроны связываются друг с другом. Работа опубликована в Science Advances.

Одна деталь большой разницы

Шимпанзе вовсе не обделены умом: шимпанзе Аи из Киотского университета безошибочно различала цифры от нуля до девяти и понимала иероглифы, обозначающие цвета. Вопрос в том, откуда берётся разница в размерах и устройстве мозга при таком сходстве генов.

Прежние исследования в основном искали её в однобуквенных заменах ДНК. Эволюционный биолог Джорджия Моденини из Падуанского университета, не участвовавшая в работе, замечает, что геном может меняться и совсем иначе — например, через вставки вирусов. Уэлкин Джонсон из Бостонского колледжа говорит, что не знает другого столь же убедительного случая такого рода для человека и шимпанзе.

Сами авторы осторожны. Как отключение LINC00662 сказывается на мозге живой шимпанзе, пока неясно: органоиды — модель, а не мозг. Якобссон допускает, что свою роль сыграли и другие генетические и средовые изменения. Генетик Равиндер Канда из Университета Оксфорд Брукс считает, что вирусное влияние на развитие нейронов показано убедительно, но насколько далеко оно простирается, ещё предстоит выяснить. И, по словам Канды, многие такие ретровирусы в геномах приматов, скорее всего, ещё даже не найдены.