חוקרים בוחנים כיצד הדנ”א הנגיפי העתיק בגנום האנושי ממלא תפקיד במחלות ובהתפתחות האנושית
מאת מאת איידן ברן דוקטורנט לגנטיקה, אוניברסיטת טאפטס
שרידים של מגיפות ויראליות עתיקות בצורה של רצפי דנ”א נגיפיים המוטמעים בגנומים שלנו עדיין פעילים באנשים בריאים, כך עולה ממחקר חדש שעמיתיי ואני פרסמנו לאחרונה.
HERVs, או רטרו-וירוסים אנדוגניים אנושיים, מהווים כ-8% מהגנום האנושי. אלו נותרו מאחור כתוצאה מזיהומים שהפרימטים, אבותיה של האנושות, סבלו מהם לפני מיליוני שנים. הם הפכו לחלק מהגנום האנושי בגלל האופן שבו הם משתכפלים.
בדומה ל-HIV המודרני, הרטרו-וירוסים העתיקים האלה היו צריכים להחדיר את החומר הגנטי שלהם לגנום של הפונדקאי שלהם כדי להשתכפל. בדרך כלל סוג זה של חומר גנטי ויראלי אינו מועבר מדור לדור. אבל כמה רטרו-וירוסים עתיקים קיבלו את היכולת להדביק תאי נבט, כמו ביצית או זרע, שכן מעבירים את הדנ”א שלהם לדורות הבאים. על-ידי התמקדות בתאי נבט, רטרו-וירוסים אלה שולבו בגנומים הקדומים של בני האדם במשך מיליוני שנים, וייתכן שיש להם השלכות על האופן שבו חוקרים מאבחנים ובודקים מחלות כיום.
גנים נגיפיים פעילים בגנום האנושי
נגיפים מחדירים את הגנומים שלהם לפונדקאים שלהם בצורה של פרו-וירוס. ישנם כיום כ-30 סוגים שונים של רטרו-וירוסים אנדוגניים אנושיים בבני אדם, המסתכמים ביותר מ-60,000 פרו-וירוסים בגנום האנושי. הם מדגימים את ההיסטוריה הארוכה של המגיפות הרבות שהאנושות הייתה נתונה להן במהלך האבולוציה. מדענים סבורים כי נגיפים אלה הדביקו בעבר באופן נרחב את האוכלוסייה, שכן הם הפכו קבועים לא רק בגנום האנושי אלא גם בשימפנזה, גורילה ובגנומים של פרימטים אחרים.
מחקרים מהמעבדה שלנו ואחרים הראו כי גנים של HERV פעילים ברקמות חולות, כגון גידולים, כמו גם במהלך התפתחות עוברית אנושית. אבל עד כמה גנים של HERV פעילים ברקמות בריאות עדיין לא היה ידוע במידה רבה.
כדי לענות על שאלה זו, המעבדה שלנו החליטה להתמקד בקבוצה אחת של רכיבי HERV המכונה HML-2. קבוצה זו היא הפעילה החדשה ביותר ה-HERVs, לאחר שנכחדה לפני פחות מ-5 מיליון שנה. אפילו כיום, חלק מהפרו-וירוסים שלו בתוך הגנום האנושי עדיין שומרים על היכולת לייצר חלבונים נגיפיים.
בדקנו את החומר הגנטי במאגר המכיל למעלה מ-14,000 דגימות רקמה מכל אברי הגוף. חיפשנו רצפים שהתאימו לכל פרו-וירוס HML-2 בגנום ומצאנו 37 פרו-וירוסים שונים של HML-2 שעדיין היו פעילים. כל 54 דגימות הרקמה שניתחנו היו עדות כלשהי לפעילות של אחד או יותר מהפרו-וירוסים האלה. יתר על כן, כל דגימת רקמה הכילה גם חומר גנטי מפרו-וירוס אחד לפחות שעדיין יכול לייצר חלבונים נגיפיים.
תפקידם של HERVs בבריאות האדם ובמחלות
העובדה שאלפי פיסות של נגיפים עתיקים עדיין קיימות ופעילות בגנום האנושי ואף יכולות ליצור חלבון משכה תשומת לב לא מבוטלת מצד חוקרים, במיוחד מכיוון שווירוסים קשורים שעדיין פעילים כיום יכולים לגרום לסרטן השד ולמחלות דמויות איידס בבעלי חיים.
השאלה אם השרידים הגנטיים של רטרו-וירוסים אנדוגניים אנושיים יכולים לגרום למחלות אצל אנשים עדיין נחקרת. חוקרים זיהו חלקיקים דמויי נגיף מ-HML-2 בתאים סרטניים, ונוכחות החומר הגנטי HERV ברקמה חולה נקשרה למצבים כמו מחלת לו גריג (ALS), או טרשת אמיוטרופית צידית, כמו גם טרשת נפוצה ואפילו סכיזופרניה.
המחקר שלנו מוסיף זווית חדשה לנתונים אלה בכך שהוא מראה כי גנים של HERV נמצאים אפילו ברקמות בריאות. משמעות הדבר היא כי נוכחות שלRNA HERV לא יכולה להיות מספיקה כדי לקשר בין הנגיף למחלה.
חשוב לציין שזה גם אומר שגנים או חלבונים של HERV כבר לא יכולים להיות מטרות טובות לתרופות. HERVs נחקרו כיעד למספר תרופות פוטנציאליות, כולל תרופות אנטי-רטרו-ויראליות, נוגדנים לסרטן השד וטיפולים בתאי T למלנומה. טיפולים המשתמשים בגנים של HERV כסמן ביולוגי לסרטן יצטרכו גם לקחת בחשבון את פעילותם ברקמה בריאה.
מצד שני, המחקר שלנו גם מציע כי HERVs יכול אפילו להיות מועיל לאנשים. ה-HERV המפורסם ביותר המוטמע בגנום של בני אדם ובעלי חיים, סינקיטין, הוא גן שמקורו ברטרו-וירוס עתיק הממלא תפקיד חשוב בהיווצרות השליה. הריון בכל היונקים תלוי בחלבון שמקורו בנגיף המקודד בגן זה.
באופן דומה, גם עכברים, חתולים וכבשים מצאו דרך להשתמש ברטרו-וירוסים אנדוגניים כדי להגן על עצמם מפני הנגיף העתיק המקורי שיצר אותם. בעוד שהגנים הנגיפיים המוטבעים האלה אינם מסוגלים להשתמש במנגנון של המארח שלהם כדי ליצור נגיף מלא, מספיק מהחלקים הפגועים שלהם מסתובבים בגוף כדי להפריע למחזור השכפול של הנגיף הקדמון שלהם אם המארח נתקל בו. מדענים משערים כי ייתכן ש-HERV אחד מילא את תפקיד ההגנה הזה על בני אדם לפני מיליוני שנים. המחקר שלנו מדגיש כי ישנם עוד כמה רכיבי HERV שגוף האדם יכול היה לבחור בהם לאחרונה לאותה מטרה.
נותרו אלמונים
המחקר שלנו חושף רמה של פעילות HERV בגוף האדם שלא הייתה ידועה קודם לכן, מה שמעלה שאלות רבות, לפחות כמו מספר השאלות שהמחקר נתן להם תשובה.
יש עדיין הרבה מה ללמוד על הנגיפים העתיקים שנשארים בגנום האנושי, כולל האם נוכחותם מועילה ואיזה מנגנון מניע את פעילותם. חשוב גם לראות אם אחד מהגנים האלה אכן הופך לחלבונים.
מענה על השאלות האלה יכול לחשוף תפקודים שלא היו ידועים קודם לכן עבור הגנים הנגיפיים העתיקים האלה ולעזור טוב יותר לחוקרים להבין כיצד גוף האדם מגיב לאבולוציה לצד שרידים אלה של מגיפות עתיקות.
עוד בנושא באתר הידען:
