Organų kilmė: už odą ir kaulus dėkokime virusams

Kai kitą kartą peršalsite, užuot keikę, galbūt turėtumėte padėkoti virusui už tai, kad turite odą. Iš virusų pasiskolinti genai suteikia ląstelėms galimybę išauginti audinius ir organus ir netgi daugintis lytiškai. Be šių genų gyvūnai nebūtų išsivystę į ką daugiau, nei paprastų ląstelių gumulus.

Mūsų ląstelėms dažnai tenka susilieti su kitomis ląstelėmis, sudarant dideles ląsteles su keliais branduoliais. Jos tai atlieka, naudodamos ant savo paviršiaus esančius baltymus, kurie sulipina ląstelių sieneles ir tada jas praveria, tad ląstelių turinys gali susimaišyti. Šis susimaišymas yra būtinas daugumai organų – pavyzdžiui, raumenims, odai ir kaulams – ir netgi reprodukcijai, kai susilieja kiaušinėliai ir spermatozoidai. Susiliejančios ląstelės placentoje suformuoja barjerus, neleidžiančius kenksmingoms cheminėms medžiagoms patekti į vaisių; vidiniai latakai, tokie kaip kraujagyslės irgi susideda iš susijungusių ląstelių.

Bet nepaisant šio proceso svarbos, niekas nežino, kaip šis procesas išsivystė. Iš dalies dėl to, kad atsakingus baltymus sunku aptikti. Kol kas aptikti tik du ląstelių susijungimo baltymų tipai. Pirmasis buvo sinkitinas, atrastas 2000 m., labai svarbus žmogaus placentos formavimuisi. Sinkitino genas atsirado iš viruso (Nature, http://doi.org/c53gpz ).

2002 m., buvo rastas antras baltymas, EFF-1. Jis padeda formuotis dažnai biologų dėl paprastos sandaros tyrinėjamos apvaliosios kirmėlės Caenorhabditis elegans odai (Developmental Cell, http://doi.org/cd7mcf ). Iki 2007 m. išaiškėjo, kad EFF-1 buvo vienas iš panašių FF baltymų baltymų šeimos, pavadintos pagal panašų rastą baltymąAFF-1.

Felixas Rey'us iš Pastero instituto Paryžiuje išsiaiškino, kad FF ląstelių susijungimo baltymų šeima irgi atsirado iš virusų.

Rey'aus komanda išsiaiškino baltymo EFF-1 struktūrą, naudodami kristalografiją ir rentgeno spindulių difraciją – tas pačias technologijas, kuriomis šeštajame dešimtmetyje buvo nustatyta DNR struktūra. EFF-1 struktūra primena virusų gaminamą baltymą, o aktyvioji dalis – atliekanti vienos ląstelės sujungimą su kita – yra praktiškai identiška. Virusai naudoja šį baltymą ląstelių membranos praardymui, kad galėtų ląstelę užkrėsti. Kirmėlėse tam, kad susijungtų, baltymą privalo turėti abi ląstelės, bet baltymas irgi veikia panašiai. Rey'us savo rezultatus pateikė Lorne vykusioje Baltymų struktūros ir funkcijos konferencijoje Australijoje praėjusį mėnesį, ir juos priėmė žurnalas Cell.

Kadangi EFF-1 toks panašus į viruso baltymą, jį koduojantis genas turėjo rastis iš kirmėlės protėvį užkrėtusio viruso, sako Rey'us. Tai nėra kažkas neįprasto: žmogaus genome pilna DNR, įsmukusios, kai virusai užkrėtė protėvio ląstelę. Bet svarbias funkcijas atliekančių šių kodo atkarpų žinoma nedaug.

Nors EFF-1 buvo tyrinėtas tik C. elegans, Rey'us tvirtina, kad tą patį baltymą gali naudoti ir daug kitų organizmų. Kadangi sinkitino kilmė irgi virusinė, visi iki šiol rasti ląstelių susiliejimo baltymai radosi iš virusų. Ar tai reiškia, kad ankstyvieji gyvūnai pasiėmė šiuos baltymus per virusines infekcijas?

„Turime tokią nuojautą,“ sako Fasseli'is Coulibaly'is iš Monasho universiteto Melbourne'e, Australijoje. „Tai įtikinamiausia hipotezė, bet kaip mokslininkai, turime tai ištirti. Jei tai tiesa, tai yra milžiniškas postūmis.“

Tikėtina, kad visas ląstelių susijungimas radosi iš virusų genų, įsmukusių į mūsų genomą, svarsto Elizabeth Chen iš Johnso Hopkinso universiteto Baltimore'ėje, Marylande. „Bet sprendimas dar svarstomas.“ Kol kas jos komanda stengiasi rasti baltymą, atsakingą už ląstelių jungimąsi raumenyse. Kol kas per anksti sakyti, ar jis atsirado iš viruso.

Kol kas atradimai rodo tendenciją, sako Rey'us. Jei ląstelių susijungimo baltymai radosi iš kelių šaltinių, mažai tikėtina, kad pirmieji du būtų iš virusų.

Jei virusai išties padovanojo mums ląstelių susijungimą, tada jie atsakingi už sudėtingą daugialąstę gyvybę, sako Coulibaly'is. Ląstelės galėjo susiburti pačios, tačiau be gebėjimo susilieti, jos nebūtų galėjusios išsivystyti į ką nors sudėtingesnio, tarkime, kempines, nekalbant jau apie žmones.

„Prieš ląstelėms sudarant kažką panašaus į odą ar virškinamąjį traktą – jei norėsime audinių ir organų – paprastai reikės kažkokio susijungimo,“ sako Coulibaly'is. „Jei tai bus įrodyta, tai galėtų būti verta Nobelio premijos.“

Rey'us žengia dar toliau. Jis spėja, kad už patį daugialąsčių organizmų egzistavimą gali būti atsakingi virusai. Virusai keliauja tarp skirtingų ląstelių, pernešdami tarp jų genetinę informaciją. „Tai mane verčia manyti, kad virusai be galo daug prisidėjo prie bendravimo tarp ląstelių, ir daugialąsčių organizmų pasirodymo Žemėje,“ sako Rey'us.