New Genes Born-In or Invading Vertebrate Genomes

Abstract

Which is the origin of genes is a fundamental question in Biology, indeed a question older than the discovery of genes itself. For more than a century, it was uneven to think in origins other than duplication and divergence from a previous gene. In recent years, however, the intersection of genetics, embryonic development, and bioinformatics, has brought to light that de novo generation from non-genic DNA, horizontal gene transfer and, noticeably, virus and transposon invasions, have shaped current genomes, by integrating those newcomers into old gene networks, helping to shape morphological and physiological innovations. We here summarized some of the recent research in the field, mostly in the vertebrate lineage with a focus on protein-coding novelties, showing that the placenta, the adaptative immune system, or the highly developed neocortex, among other innovations, are linked to de novo gene creation or domestication of virus and transposons. We provocatively suggest that the high tolerance to virus infections by bats may also be related to previous virus and transposon invasions in the bat lineage.

THE SOURCES OF GENOME VARIABILITY AS DOMESTICATION DRIVERS (review)

“…В ходе эволюции большинство генов из этих последовательностей утратили свою функцию, но некоторые из них были захвачены и «одомашнены» в процессе так называемой экзаптации. Среди одомашненных вирусных генов есть группа, которая наиболее явно повлияла на эволюцию млекопитающих,это гены синцитинов (19). Синцитины представляют собой захваченные вирусные белки -продукты гена оболочки наследственно эндогенизированных ретровирусов.…”

“…Фактически у млекопитающих события захвата генов разных ретровирусов могут быть связаны с четырьмя основными типами плацентарных структур. Можно проследить, что различия между плацентой ящерицы из рода Mabuya и плацентой млекопитающего обусловлено разными событиями захвата генов Env (19). Важно подчеркнуть, что образование синцитиума с участием синцитинов может идти за счет разных синцитинов -обеспечивающих межклеточные слияния оболочечных белков многих ретровирусов (в том числе ВИЧ, вируса бычьего лейкоза), что необходимо для воспроизводства вируса (19).…”

“…Еще одним примером служит ген Arc, кодирующий белок Activity Regulated Cytoskeleton Associated Protein, который представляет особый интерес, поскольку считается главным регулятором синаптической пластичности (19). Белок Activity Regulated Cytoskeleton Associated Protein высвобождается из нейронов во внеклеточных пузырьках, которые опосредуют перенос мРНК Arc в новые клетки-мишени, где мРНК Arc может транслироваться.…”

“…Белок накапливается в слабых синапсах (вероятно, для предотвращения их нежелательного усиления), участвует в постсинаптической транспортировке и обработке бета-амилоида A4 (APP). В дополнение к своей роли в синапсах он вовлечен в регуляцию иммунной системы: специфически экспрессируется в мигрирующих дендритных клетках, тем самым участвуя в активации Т-клеток (19).…”

“…Авторы этих исследований (19) отмечают, что продукты генов arc опосредуют межклеточную коммуникацию и синаптическую пластичность через внеклеточные везикулы и во многом гомологичны полипротеинам группоспецифического ретровирусного антигена (Gag). У ретровирусов капсиды необходимы для клеточной инфекции, и их сборка в основном опосредуется Gag.…”