Ученые обнаружили фермент под названием PUCH, который имеет решающее значение для остановки распространения паразитных последовательностей ДНК по нашим геномам. Это открытие может дать представление о том, как наши тела распознают и борются с внутренними угрозами, такими как геномные паразиты, и внешними угрозами, такими как вирусы и бактерии.
Команда профессора Рене Кеттинга из Института молекулярной биологии (IMB) в Майнце, Германия, и команда доктора Себастьяна Фалька из лаборатории Макса Перуца в Вене, Австрия, обнаружили новый фермент PUCH, который предотвращает распространение паразитарной ДНК в нашем геноме. Этот прорыв может обеспечить более глубокое понимание того, как наши системы распознают патогены и борются с ними, помогая бороться с инфекцией.
Наши клетки постоянно подвергаются атакам миллионов инородных захватчиков, таких как вирусы и бактерии. Чтобы мы не заболели, в нашем организме есть иммунная система — целая группа клеток, предназначенная для обнаружения и уничтожения этих захватчиков. Однако наши клетки сталкиваются с угрозами не только со стороны внешних врагов, но и изнутри.
Удивительные 45% нашего генома состоят из тысяч геномных паразитов, повторяющихся последовательностей ДНК, называемых мобильными элементами (TE). ТЕ присутствуют во всех организмах, но не имеют специфической функции. Однако они могут быть опасны. TE также называют «прыгающими генами», потому что они могут копировать и вставлять себя в новые места нашей ДНК.
Это серьезная проблема, поскольку она может привести к мутациям, из-за которых наши клетки перестают работать должным образом или становятся раковыми. Таким образом, пока ТЕ стремятся к размножению, почти половина нашего генома постоянно участвует в партизанской войне с другой половиной, в то время как наши клетки пытаются остановить их распространение.
Как наши клетки борются с этими внутренними врагами? К счастью, наши клетки развили геномную защитную систему, состоящую из специализированных белков, которые выслеживают ТЕ и предотвращают их репликацию. В новой статье, опубликованной в журнале Nature, Рене Кеттинг и Себастьян Фальк и их исследовательская группа сообщают об открытии PUCH — совершенно нового, ранее неизвестного типа фермента, который является ключом к этой защитной системе генома. Они обнаружили, что PUCH играет решающую роль в производстве небольших молекул, называемых piRNA, которые обнаруживают TE, когда они пытаются «прыгнуть». Затем они активируют защитную систему генома, блокируя TE, прежде чем они смогут прикрепиться к новым местам в нашей ДНК.
Исследователи обнаружили PUCH в клетках червя Caenorhabditis elegans, простого беспозвоночного, обычно используемого в биологических исследованиях. Однако эти результаты могут также пролить свет на то, как работает наша собственная иммунная система. PUCH характеризуется уникальной молекулярной структурой, называемой складкой Шлафена.
Ферменты со складкой Шлафена также обнаружены у мышей и людей и, по-видимому, играют роль во врожденном иммунитете — первой линии защиты организма от вирусов и бактерий. Например, некоторые белки Шлафена препятствуют репликации вируса человека. С другой стороны, некоторые вирусы, такие как вирус оспы обезьян, также могут использовать белки Шлафена для атаки на защитные системы клеток. Рене Кеттинг подозревает, что белок Шлафен может играть более широкую и консервативную роль в иммунитете у многих видов, включая человека.
«Белки шлафена могут представлять собой ранее неизвестную молекулярную связь между иммунными реакциями млекопитающих и высококонсервативными механизмами на основе РНК, которые контролируют TE», — сказал Кеттинг, который также является профессором биологии в Университете Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU). Если это так, то белки Шлафена могут представлять собой общий защитный механизм как против внешних врагов, таких как вирусы и бактерии, так и против внутренних врагов, таких как TE.
Себастьян Фальк добавил: «Вполне возможно, что белок Шлафен был преобразован в фермент, который защищает клетки от инфекционных последовательностей ДНК, таких как ТЕ. Это открытие может глубоко повлиять на наше понимание биологии врожденного иммунитета».