Михаил Супотницкий - Эволюционная патология

Млекопитающие сосуществовали с рептилиями еще в Триасе (230–190 млн лет назад), но лишь как дополнение к многообразию последних на планете. Основная масса ДНК-транспозонов (85 %; примерно 291 тыс. элементов) распространились среди млекопитающих в Меловом периоде (135-66 млн лет назад), когда происходило вымирание рептилий. «Расцвет» млекопитающих пришелся на Палеоген (66–25 млн лет назад). До 29 семейств (74 тыс. элементов) были активны у приматов перед их «расщеплением» на антропоидов, и 11 семейств (23 тыс. элементов) интегрировались с геномом антропоидов. Следовательно, в ходе эволюции приматов наблюдалось устойчивое снижение активности ДНК-транспозонов, но почему это произошло, еще предстоит установить. Более подробно о роли ДНК-транспозонов в эволюции эукариотов можно прочитать в работе C. Feschotte, E. Pritham (2007).

Ретротранспозоны . В противоположность ДНК транспозонам, они кодируют обратную транскриптазу (reverse transcriptase, RT) и перемещаются по геному через образование РНК-транскрипта. Образовавшийся транскрипт транскрибируется «обратно» в ДНК-транскрипт и встраивается в хромосому клетки. При перемещении ретротранспозонов соблюдается принцип — «копировался и вставился» («copy and paste»), как в «доброе старое время» протоклеточных образований. Ретроэлементы составляют 90 % всех транспозируемых элементов генома человека, большинство из них не активны, однако некоторые из них остались способными к ретротранспозиции.

По этим данным получается, что структуры, подобные ВИЧ, обобщенно называемые ретроэлементами, и есть геном человека. Ретротранспозируемые элементы (ретроэлементы) делят на две большие группы: способные к автономному существованию (эту их «автономность» нельзя понимать буквально, так как они зависят от ферментов репарации ДНК хозяина, необходимых для их транспозиции) и неавтономные.

Выделены два класса автономных ретроэлементов: не-LTR (non-LTR) и LTR-элементы (LTR-elements), структурно сходные с ретровирусами, но утратившие функционирующий env ген.

Длинные концевые повторы или LTR (long terminal repeats) — это прямые повторяющиеся последовательности на концах ДНК-копии генома ретровирусов, образовавшейся в результате обратной транскрипции. Каждый такой повтор состоит из трех элементов: U3-R-U5, длина которых составляет соответственно 170–1250, 10–80 и 80–100 т. п. н.; 3’-конец U5 сам содержит короткий инвертированный повтор, гомологичный последовательности на 5'-конце элемента U3, т. е. сама последовательность LTR фланкирована короткими инвертированными повторами; LTR участвуют в интеграции ДНК-копии генома ретровируса в геном клетки-хозяина, кроме того, область U3 каждого LTR несет промотор, причем промотор левого LTR участвует в транскрипции ДНК провируса, а промотор правого — последовательности ДНК клетки-хозяина вблизи сайта интеграции ретровируса. LTR фланкируют сложные элементы генома и участвуют в процессе их транспозиции (Khodosevich K. et al., 2002).

Неавтономные ретротранспозоны не кодируют белков. К ним относятся Alu — повторы (в геноме человека их более миллиона; см. «Эволюционная роль Alu-элементов»); псевдогены, образовавшиеся в результате обратной транскрипции (см. «Эволюционная роль псевдогенов»); и SVA — элементы (аббревиатура от заглавных букв SINE — R, VNTR и Alu , описаны как «композитные ретропозоны; более подробно о SVA — элементах см. в подглаве 4.3). Для своей транспозиции они нуждаются в активности автономных ретроэлементов. Например, SVA-элементы ретротранспозируются с помощью L1-транспозонов (более подробно о транспозиции неавтономных ретротранспозонов см. в работе Ostertag E. M., Kazazian H., 2001).

Не-LTR-ретроэлементы. Очень древние ретроэлементы. Широко представлены среди простейших организмов. Два представителя этого семейства ретроэлементов встречаются в геноме человека в очень больших количествах. Это короткие вставочные элементы (short interspersed elements, SINE) с преобладанием Alu- и MIR-повторов; и длинные терминальные вставочные повторы (long-terminal interspersed elements, LINE), представленные автономными L1 и L2 последовательностями (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»). SINE обычно имеют длину 100–400 п. о. и по большей части происходят от транскриптов генов тРНК, синтезированных посредством РНК-полимеразы III (pol III). SINE имеют внутренний промотор, который позволяет их транскрипцию РНК-полимеразой III. Они не имеют емкости, достаточной для поддержания генов амплификации, и их размножение в геноме человека зависит от LINE.

LTR-ретроэлементы. Составляют до 8 % генома человека. К ним относятся ретротранспозоны (retrotransposons), эндогенные ретровирусы (endogenous retroviruses, ERVs), человеческие эндогенные ретровирусы (human endogenous retroviruses, HERVs) и повторяющиеся элементы эндогенных ретровирусов человека (repeat elements with HERV origin), такие как SINE-R ретропозоны (SINE-R retroposons). Последние содержат участки последовательностей LTR HERV-K (рис. 3).