Около половины генома человека состоит из фрагментов ДНК, происходящих от древних вирусов. Теперь известно, что эти «транспозируемые элементы» (TEs) играют различные роли в модуляции экспрессии генов и развитии заболеваний. Теперь международная группа под руководством исследователей KAUST показала, что общий транспозируемый элемент, называемый LINE-1 РНК, играет положительную роль в запуске процесса восстановления костей, с потенциальным применением в лечении остеопороза и многих других заболеваний. Статья опубликована в журнале EMBO Journal.
«Когда-то ученые считали, что TE не имеют значения или даже вредны», — говорит автор исследования Арианна Манджиаваччи из KAUST, работавшая над вместе с преподавателем Валерио Орландо и коллегами. «Однако сейчас раскрывается множество положительных ролей TEs, и наша работа по восстановлению костей добавляет новые знания в эту область».
Исследования Манджиаваччи и Орландо сосредоточены на процессах старения и на том, как организм реагирует на стрессовые факторы окружающей среды с течением времени. Ученые знают, что уровни TEs увеличиваются с возрастом людей, но их роль в здоровье тканей плохо изучена. Предыдущая работа Манджиаваччи и его коллег предполагала связь между активностью РНК LINE-1 и здоровьем костей, поэтому команда стремилась проверить действующие механизмы.
Во-первых, группа провела эксперименты по секвенированию на мышах с переломами костей и обнаружила, что TEs, особенно РНК LINE-1, были повышены в течение короткого периода времени после перелома.
«Дальнейшие исследования показали, что РНК LINE-1 активировала программу тщательно регулируемого воспаления, которая, в свою очередь, индуцировала специфический сигнальный путь для восстановления перелома», — говорит Манджиаваччи.
Затем исследователи изучили TEs в костных клетках (остеобластах), взятых у женщин в постменопаузе с остеопорозом и у здоровой контрольной группы. TEs, в частности LINE, были сильно повышены в здоровых бедренных костях с высокой плотностью костей, в то время как у тех, у кого плотность костей ниже и остеопороз, наблюдалась низкая экспрессия LINE.
«Мы добавили синтетическую РНК LINE-1 к этим клеточным культурам, и результаты оказались на удивление ясными», — говорит Манджиаваччи. «Остеобласты, обработанные РНК LINE-1, продемонстрировали характерный фенотип, при котором костный матрикс формировался обильно и быстро. Что особенно важно, клетки, полученные от пациентов с остеопорозом, были спасены лечением РНК LINE-1».
«Похоже, организм человека использовал вирусные TEs, чтобы вызвать воспалительную реакцию на повреждение, тем самым запустив врожденную иммунную систему для восстановления костей и тканей. Так называемая «темная сторона» TEs была намеренно приобретена в нашем геноме, что позволило нам адаптироваться и стать более устойчивыми», — говорит Орландо.
«Мы считаем, что этот механизм не является исключительным для костей, и поэтому терапии на основе синтетической РНК LINE-1 могут иметь множество применений, от восстановления роговицы до косметики для защиты кожи», — говорит Манджиаваччи. «Мы рады расширить эти результаты и понять, как TEs влияют на другие типы клеток».
