ИСТИНА

Исследование феномена доместикации/экзаптации генов ретроэлементов и их фундаментальной роли в процессе эволюции геномов животных

The process by which an organism adapts individual sequences of retroelements is called "molecular domestication." Exaptation implies the formation of new genetic structures and functions, usually resulting from the long evolution of domesticated sequences of mobile elements. Cases of domestication are known for three key genes of retrotransposons / endogenous retroviruses (gag, pol and env). There are a number of examples in which the domestication of genes of retroelements led to the formation of new fundamental biological functions. It is now known that in mammals, molecular domestication has led to the emergence of several gene families that play an important role in embryogenesis and placenta formation. The most studied family of genes resulting from the domestication of the env gene is the syncytin family. Syncytins are expressed in the syncytiotrophoblast layer, a structure that forms the outermost component of the placenta. An example of the successful domestication of the gag gene are the sequences encoding the SCAN domain, which are widely represented in mammals and other groups of vertebrates. Many of them are transcription factors that control various biological processes - embryonic development, hematopoiesis, and metabolism. Molecular domestication of the gag and env genes in mammals can also result in genes with specific antiviral functions. The phenomenon of domestication / exaptation raises questions about the fundamental role that retroelements play in the evolution of the genome. This phenomenon testifies in favor of the significant evolutionary benefit of the presence of retroelements in the genome, despite the fact that their transposition activity is accompanied by a negative effect at the level of an individual organism.

Публикация обзорной статьи

Членами коллектива в течение многих лет проводятся исследования МГЭ, генетического контроля их транспозиции, эволюции МГЭ и молекулярной доместикации последовательностей МГЭ. Установлено, что эррантивирусы, в отличие от ретровирусов позвоночных, проявляют специфичность в отношении выбора ДНК-мишени, согласно которой эррантивирусы можно разделить на три группы: gypsy, ZAM и Idefix. Обнаружен и охарактеризован ген Gagr (Grp) — геномный гомолог гена gag ДКП-ретротранспозонов, появившийся в геноме дрозофилы в результате молекулярной доместикации. Для него изучена тканевая и онтогенетическая специфичность экспрессии, показано наличия белкового продукта, было исследовано изменение его экспрессии в ответ на различные внешние воздействия, при этом обнаружена индукция его экспрессии в ответ на введение некоторых патогенов, а также при наличии активно перемещающейся копии эндогенного ретровируса gypsy (Nefedova et.al., 2014, Makhnovskii et.al., 2016). Выявлено, что ген Gagr есть у всех видов Drosophila, его структура высококонсервативна, что свидетельствует о действии на ген стабилизирующего отбора и о важной функции гена. Показано, что белок Gagr имеет трансмембранную локализацию, которая также появилась у Sophophora в процессе эволюции (Nefedova et al., 2014). В ходе биоинформатического анализа обнаружено, что промоторная область гена Gagr содержит мотив связывания с транскрипционным фактором kayak консервативен у видов рода Drosophila, а мотив связывания со Stat92E появляется у только подгруппы melanogaster (неопубликованные данные). Проведено исследование экспрессии гена Iris, гомолога гена env ретротранспозонов, которое показало, что экспрессия гена подавляется во время низкотемпературной акклиматизации у имаго D.melanogaster и активируется после неё в процессе восстановления относительно интактных условий (Makhnovskii et al., 2016).

Публикация обзорной статьи