Эдвард Стил - Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

Простейшие модели этого процесса включают создание кДНК по матрице про-мРНК с помощью обратной транскрипции и последующую доставку этой копии в репродуктивные ткани мобильными клетками (например, лимфоцитами) или эндогенными ретровирусами, действующими как «генные челноки». (Напомним, что предполагаемый механизм соматического гипермутирования, обсуждаемый в предыдущей главе, также включает создание кДНК.) Последнее — это гомологич-ная рекомбинация, причем созданная кДНК замещает исходную последовательность зародышевой линии. У нас нет способа оценки частоты возникновения таких событий в ходе эволюции, хотя сила «соматической печати», которую мы видим на ДНК зародышевой линии, заставляет считать их довольно частым эволюционным событием.

Модель соматического отбора, объясняющая эволюционный цикл V-генов антител, приведена на рис. 1.2 и 6.3. Мы предполагаем, что новый варианту-последовательности зародышевой линии «рождается» в соме в результате гипермутирования «выбранного» антигеном перестроенного V(D)J-гена вариабельной области, экспрессирующегося в В-лимфоците. Интенсивные циклы соматического гипермутирования и отбора антигеном в центре размножения приводят к появлению новых, успешных V(D)J-последовательностей с мутациями в определяющих ком-плементарность участках (CDR, от англ complementarity-determining regions), или гипервариабельных участках, которые вступают в контакт с антигеном. Затем эти новые последовательности ДНК доставляются в репродуктивные ткани, где они совмещаются с существующим V-геном, имеющим очень похожую последовательность. После этого происходит процесс, который называется гомологичной рекомбинацией. Он включает разрыв хромосомной ДНК и ее воссоединение с концами нового гена, который, таким образом, интегрируется (встраивается) в хромосому (этот процесс обозначен перекрещивающимися линиями на рис. 6.3).

Все свойства V-генов зародышевой линии, описанные в этой книге, согласуются с этим «жизненным циклом» от сомы к зародышевой линии. Но мы нашли еще одно свидетельство, согласующееся с гипотезой движения информации от сомы к половым клеткам. А именно, если соматическая генная последовательность встраивается в зародышевую линию в результате рекомбинации, то мы должны увидеть свидетельства процесса рекомбинации самого по себе (рис. 6.3). Одним из таких свидетельств может быть распределение событий «вставка/потеря» нуклеотидов. Когда две гомологичные двухцепочечные спирали ДНК рекомбинируют, они должны разрушаться (разрезаться ферментом нуклеазой) и затем воссоединяться (с помощью фермента лигазы). Этот процесс может быть неточным и приводить к потере или вставке нуклеотидов на концах цепочек ДНК. Соответственно, появляются или потери, или вставки нуклеотидов в месте соединения. Поэтому среди последовательностей V-генов зародышевой линии должны быть вставки и потери разной длины по границам генов. В том же смысле, в каком структура Ву—Кэбота служит показателем антигенсвязывающего отбора, неслучайное распределение событий вставка/делеция должно свидетельствовать о существовании обратной связи генов сомы и зародышевой линии. И мы нашли это свидетельство не только в своих данных, полученных на мышах, но и во всех других семействах V-генов зародышевой линии позвоночных. Такое неслучайное распределение рекомбинационных ошибок точно соответствует предсказаниям модели «от сомы к зародышевой линии». На этом уровне наших знаний, по крайней мере для эволюционной генетики V-элементов зародышевой линии, мы не знаем иного объяснения наблюдаемой картине (кроме обращения к разумному манипулятору генами, или божественному вмешательству, а для этого нет оснований!).

Недавно мы начали разрабатывать другой подход к более точной идентификации рекомбинационных сайтов в V-генах зародышевой линии и, таким образом, к «более аккуратному» изучению следов интеграции сомы в зародышевую линию. Мы объединились с Джоржем Уайлером (Weiller) из Школы биологических исследований при Австралийском национальном университете. Джордж разработал новый способ определения сайтов рекомбинации в генных последовательностях, эффективность которого доказана на известных бактериальных ДНК-последовательностях. Поэтому мы могли точно локализовать сайты рекомбинации в коллекции последовательностей V-генов зародышевой линии. Результаты этой работы четко показывают, что рекомбинация в V-генах зародышевой линии происходит в местах, предсказанных теорией встраивания кДНК (обратных транскриптов), возникающей из несплайсированных или сплайсированных про-мРНК соматических L-V(D)J-генов. Таким образом, в зародышевой ДНК мы находим следы интеграции, которые согласуются с «печатью процессинга» соматической РНК. Этот потрясающий результат невозможно логично интерпретировать с позиций традиционных неодарвини-стских взглядов, но они полностью согласуются с предсказаниями теории соматического отбора.

Полезной аналогией, которая поможет нам пояснить идею следов интеграции, могут служить размер и форма кратеров на поверхности Луны и других тел Солнечной системы (включая и поверхность Земли), которые считаются результатом падения метеоритов и астероидов. У нас нет сомнений в том, что они были вызваны падениями метеоритов, астероидов или комет в прошлом. Мы даже можем по размерам кратера оценить массу и размеры этих болидов. Для земных и лунных кратеров геологи и астрономы могут также оценить время, когда произошло столкновение. Мы не сомневаемся в причинах, хотя сами редко бываем свидетелями подобных столкновений. Однако в июле 1994 г. мы получили драматические доказательства силы таких вторжений. Мы видели по телевидению (благодаря космическому кораблю «Галилей») падение 21 фрагмента кометы Шумейкер Леви 9 на поверхность Юпитера. Следовательно, с помощью видеозаписи человечество стало свидетелем события, которое может приводить к образованию кратеров на поверхности планет солнечной системы и их спутников. Шестьдесят пять миллионов лет назад болид диаметром примерно 10 километров образовал огромный кратер диаметром примерно 330 километров недалеко от полуострова Юкатан в Мексике.

Однако эта аналогия с кратерами, вызванными падением метеоритов или комет, неполная. Мы не можем точно оценить, как часто и когда происходили «генетические столкновения сомы и зародышевой линии». Данные о современных ДНК-последовательностях V-генов иммуноглобулинов свидетельствуют о том, что они происходили со значительной частотой в эволюционном прошлом, так как оставили отчетливый след в виде неслучайного распределения последовательностей, которое отличается от случайного фонового мутационного «шума». Более того, у разных видов позвоночных наблюдаются разные картины неслучайных последовательностей, а это означает, что столкновения сомы и зародышевой линии происходили много раз после дивергенции этих видов от общего предка.