Древняя вирусная ДНК, встроенная в наш геном, может быть связана с психическими расстройствами
Исследование показывает, что четыре последовательности ДНК из древних вирусных инфекций вовлечены в предрасположенность к психическим расстройствам, включая шизофрению, биполярное расстройство и депрессию. Экспрессируясь в мозге, эти последовательности встраивались в наш геном в ходе эволюции, тысячи или даже миллионы лет назад. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о недооцененном до сих пор участии вирусной ДНК в наших биологических функциях.
Около 8 % нашего генома составляют некодирующие последовательности ДНК, возникшие в результате инфицирования зародышевых клеток (зародышей репродуктивных клеток) древними ретровирусами. Известные как эндогенные ретровирусные последовательности человека (HERV), они интегрировались в наш геном путем ретротранспозиции — процесса, в ходе которого вирусы вставляют копию своего генетического материала в ДНК клеток-хозяев, чтобы заразить их. Исследования показывают, что эти инфекции происходили более 1,2 миллиона лет назад (то есть до появления Homo sapiens) в нескольких случаях в ходе нашей эволюции.
До недавнего времени считалось, что эти «ископаемые последовательности» - просто ненужная ДНК, не оказывающая существенного влияния на наш организм. Однако исследования показали, что последовательности HERV участвуют в ряде важнейших биологических функций, таких как формирование плаценты и эмбриональное развитие. Они также могут влиять на экспрессию гена, участвующего в регуляции синаптических связей. Сообщалось также, что HERV вызывают выработку нитей РНК и белков в крови и мозге. Попадая в клетки, эти молекулы могут выполнять широкий спектр функций.
С другой стороны, такие психические расстройства, как шизофрения, биполярное расстройство, большое депрессивное расстройство, синдром дефицита внимания с гиперактивностью или без нее и расстройства аутистического спектра, имеют значительную генетическую составляющую. Геномные исследования выявили основные генетические варианты, тесно связанные с этими состояниями. Большинство вариантов связано с некодирующими нитями ДНК, такими как последовательности HERV.
Исследователи из Королевского колледжа Лондона и Корнельского университета в Нью-Йорке пришли к выводу, что эти последовательности также могут быть вовлечены в предрасположенность к психическим расстройствам. «Учитывая обилие HERV в геноме и их потенциально многочисленные функции, мы хотели лучше понять, связана ли генетическая предрасположенность к определенным психическим расстройствам с различиями в экспрессии HERV», — пояснили они в статье, опубликованной на сайте The Conversation по итогам их недавнего исследования.
Четыре последовательности, характерные для психических расстройств
В рамках своего анализа, подробно описанного в журнале , команда исследователей проанализировала экспрессию генов в почти 800 образцах мозга (из дорсолатеральной префронтальной коры), взятых при вскрытии людей с психическими расстройствами и без них. Затем эти данные были сопоставлены с данными десятков тысяч других людей (здоровых или больных), чтобы изучить, как генетические вариации, связанные с психическими расстройствами, влияют на экспрессию HERV. Для этого исследователи использовали подход (так называемое транскриптомное исследование ассоциаций, или TWAS), позволяющий определить точное геномное расположение HERV.
«В данном исследовании используется новый и надежный подход, позволяющий оценить, как генетическая предрасположенность к психическим расстройствам влияет на экспрессию древних вирусных последовательностей, присутствующих в геноме современного человека», — объясняет Тимоти Пауэлл, соавтор исследования и старший преподаватель Института психиатрии, психологии и нейронаук при Королевском колледже Лондона, в пресс-релизе.
Исследователи обнаружили, что хотя большинство генетических вариантов, связанных с психическими расстройствами, влияют на гены с основными биологическими функциями, некоторые варианты конкретно влияют на экспрессию HERV. Оказалось, что экспрессия четырех последовательностей HERV тесно связана с предрасположенностью к основным психическим расстройствам. Две из них связаны с шизофренией, еще одна - с шизофренией и биполярным расстройством, а четвертая - с депрессией. С другой стороны, для расстройств аутистического спектра и синдрома дефицита внимания с гиперактивностью или без нее экспрессионные сигнатуры HERV не были обнаружены.
Это первое исследование, показавшее, что набор HERV, специфически экспрессирующихся в мозге, вовлечен в предрасположенность к психическим расстройствам. Однако «пока еще слишком рано судить о практическом применении наших результатов - и о том, можно ли их использовать для разработки новых методов лечения», — говорят эксперты. Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять точные механизмы влияния HERV на психические расстройства.
«Мы считаем, что лучшее понимание этих древних вирусов и известных генов, вовлеченных в психические расстройства, может произвести революцию в исследованиях психического здоровья и привести к новым способам лечения или диагностики этих заболеваний», — заключает Дуглас Никсон из Корнельского университета, также один из соавторов исследования.