Гигантские вирусы могут объяснить загадочную эволюцию ключевой части наших клеток

Наши клетки до сих пор хранят многие секреты своего происхождения. Но недавно обнаруженные гигантские вирусы могут содержать ключ к разгадке одного из таких секретов — таинственного появления основного хранилища инструкций клетки — ядра.

Наличие ядра отличает наши эукариотические клетки от других клеточных форм жизни. Бактерии и археи, как правило, просто имеют большую петлю или открытый участок ДНК, свободно плавающий в их клеточных соках.

Более сложные формы жизни, такие как растения и животные, хранят свой генетический материал, аккуратно намотанный на белки, называемые гистонами, спрятанные в собственном клеточном отсеке, специализированной органелле, которую мы называем ядром.

Так как же большая часть наших «чертежей» попала в отдельный маленький блок?

В 2019 году вирусолог Токийского университета Масахару Такемура и его коллеги обнаружили гигантский вирус, который может заставить захваченную клетку амебы (Acanthamoeba castellanii) образовывать вокруг себя твердую оболочку.

Такемура в обзоре современной научной литературы выдвинул новую гипотезу об эволюции ядра с участием этих кусочков белковой ДНК.

Как и многие другие вещи в биологии, этот гипотетический процесс запутан и сложен, но Такемура считает, что он мог происходить примерно так.

Ранние эукариотические клетки с несвязанной ДНК были инфицированы гигантскими вирусами. Эти вирусы использовали цитоплазматическую мембрану клетки, чтобы защитить процесс репликации вируса внутри клетки.

Со временем клетка-хозяин сделала то же самое со своей ДНК, чтобы защитить ее от вирусной атаки, а также развила гены гистонов, которые сделали их ДНК более компактными — гены, которые теперь также обнаруживаются в вирусной ДНК.

Сходство между мембранами, которые вирусы используют для репликации в клетках, и мембранами наших ядер заставило исследователей подозревать, что «наши клетки разработали вирусоподобную стратегию защиты своего генома от нападения вирусов».

Медузавирус не создает своего собственного пузыря для размножения внутри, как это делают другие вирусы, такие как полиомиелит. Вместо этого он проникает в ядро клетки и использует механизмы хозяина для репликации. Таким образом, и вирусный геном, и геном хозяина могут сосуществовать во время репликации.

Но у медузавируса действительно есть гены гистонов и ДНК-полимераз, как и у его хозяев-амеб, что позволяет предположить, что эти гены передаются между вирусным геномом и хозяином.

Этот перенос ДНК между вирусом и эукариотическими клетками, вероятно, тоже пошел другим путем. Исследователи считают, что гены основного капсидного белка амеба получила от вируса.

«Я предполагаю, что часть репликации вирусной ДНК могла способствовать репликации генома хозяина и оказалась эволюционно полезной», — написал Такемура.

Необычайно большое количество генетического материала гигантских вирусов, таких как поксвирусы, кодирует более 400 белков. Некоторые из них включают белки, обнаруженные также у эукариот, который покрывает информационную РНК, но не обнаруживается у бактерий или архей.

Молекулярный анализ ДНК-полимеразы поксвируса также показал, что она тесно связана с ДНК-полимеразой эукариот.

Такемура отмечает, что многие части этой гипотезы все еще нуждаются в проверке. Но это действительно согласуется с ведущей теорией эволюции ядра — что ядерные мембраны произошли из внутренней мембраны ранних эукариотических клеток.

«Эта новая гипотеза может серьезно повлиять на изучение происхождения эукариотических клеток и обеспечить основу для дальнейшего обсуждения участия вирусов в эволюции эукариотического ядра», — сказал Такемура.

Это исследование было опубликовано в Frontiers in Microbiology.

Источники: Фото: (Ghigo et al., PLOS Pathog., 2008/CC BY 2.5