Согласно исследованию китайских эмбриологов, нормальное развитие человеческого зародыша напрямую связано с функционированием древних эндогенных ретровирусов, которые интегрировались в геном человека многомиллионные годы назад. Работа продемонстрировала, что эти генетические элементы, ранее воспринимавшиеся как бесполезные, инициируют масштабную активацию генома, необходимую для поддержания беременности на ранних этапах её развития.
На начальном этапе развития, сразу после оплодотворения, эмбрион использует питательные вещества, содержащиеся в яйцеклетке. Но на этапе, когда образуется от четырех до восьми клеток, наступает важный этап — активация генома зиготы (ZGA). В этот момент эмбрион начинает функционировать и задействует собственные гены для формирования организма.
В случае нарушения данного процесса развитие приостанавливается, что нередко приводит к необъяснимым проблемам с зачатием и неудачам в программах экстракорпорального оплодотворения. До недавнего времени механизмы, контролирующие этот масштабный запуск генов у людей, оставались недостаточно понятными.
Авторы исследования, опубликованного в Science, в ходе исследования эмбрионов, извлеченных из клиник ЭКО и прекративших развитие на восьмой стадии клеточного деления, было выявлено существенное снижение активности семейства эндогенных ретровирусов MLT2A1 по сравнению со здоровыми эмбрионами.
Для подтверждения причинно-следственной связи исследователи провели эксперимент, используя здоровые зиготы. В ходе эксперимента в зиготы были введены специальные молекулы, подавляющие активность вируса. Также ученые изолировали РНК вируса из клеток и определили, с какими белками и участками ДНК она взаимодействует.
Исследования показали, что MLT2A1 выполняет не только самокопирование, но и формирует гибридные, или химерные, молекулы РНК, объединяя вирусный код с фрагментами человеческого генома.
Данная гибридная структура функционирует как навигатор: вирусная составляющая молекулы РНК принуждает к взаимодействию белки, участвующие в процессе считывания генетической информации (например, HNRNPU). В то же время, человеческая часть РНК определяет место присоединения этого комплекса к ДНК, что позволяет активировать гены, ответственные за развитие.
Тысячи копий этого вируса распределены по всему геному человека. Результаты исследования свидетельствуют о том, что они функционируют как взаимосвязанная система: включение одних копий стимулирует активность других, формируя сильный импульс, который требуется для преодоления состояния покоя генома. В ходе экспериментов, когда этот механизм был деактивирован, эмбрионы не смогли «активировать» свою ДНК и, как следствие, погибли.
Изучение роли так называемой «мусорной ДНК» в эволюционных процессах пересматривает существующие представления. Когда-то вирусные паразиты были интегрированы в геном и стали ключевыми элементами, участвующими в формировании жизни. Это открытие может привести к появлению новых методов диагностики в медицине: активность гена MLT2A1 способна выступать в качестве точного индикатора жизнеспособности эмбрионов, используемых в процедурах экстракорпорального оплодотворения.