研究人员说古代病毒分子对人类发育至关重要

斯坦福大学医学院的研究人员表示，来自古代病毒感染的遗传物质对人类发育至关重要。他们已经确定了几种病毒来源的非编码RNA分子，这些RNA分子是受精人卵获得早期发育成为身体所有细胞和组织的能力所必需的。他们发现，阻止这种RNA分子的产生会阻碍其发展。这一发现是在今年早些时候斯坦福大学的一项研究之后发现的，该研究显示早期人类胚胎中充满了似乎是由类似的遗留遗传物质引起的病毒颗粒。

“我们开始积累证据证明这些病毒序列最初可能已经威胁到我们物种的生存，我们的基因组为了自己的利益而加入，”Vittorio Sebastiano博士说，她是妇产科助理教授。。“通过这种方式，它们甚至可能促成了物种特异性特征和基本细胞过程，即使在人类中也是如此。”

Sebastiano是该研究的共同领导和共同资深作者，该研究将于11月23日在Nature Genetics上发表。博士后学者Jens Durruthy-Durruthy博士是另一位主要作者。该论文的另一位高级作者是Renee Reijo Pera，博士，曾任斯坦福大学妇产科教授，现任蒙大拿州立大学教授。

塞巴斯蒂亚诺和他的同事们有兴趣了解细胞如何变成多能细胞，或者能够成为体内的任何组织。一个人的卵子受精后成为多能干细胞，例如。科学家已经学会了如何通过将其暴露于已知存在于早期人类胚胎中的蛋白质来诱导其他完全发育的人类细胞变成多能细胞。但在这两种情况下，这种变革过程的细节分子细节都不是很清楚。

一种古老的感染

研究人员知道，一种称为长基因间非编码或lincRNA的RNA分子已经涉及许多重要的生物过程，包括获得多能性。这些分子是由基因组中的DNA制成的，但它们不会继续制造蛋白质。相反，它们作为RNA分子起作用以影响其他基因的表达。

Sebastiano和Durruthy-Durruthy最近开发的RNA测序技术用于检测哪些lincRNA在人胚胎干细胞中高表达。以前，这种类型的分析受到以下事实的阻碍：许多分子包含高度相似，非常重复的区域，难以精确测序。

他们发现了2000多个以前未知的RNA序列，发现146个在胚胎干细胞中特异性表达。他们将23种最高表达的序列归入其中，称为HPAT1-23，以供进一步研究。他们发现，其中有13种几乎完全是由一种名为HERV-H的病毒感染前遗留下来的遗传物质构成的。

HERV-H是所谓的逆转录病毒。这些病毒通过将其遗传物质插入受感染细胞的基因组中而扩散。通过这种方式，病毒可以利用细胞的蛋白质制造机器生成病毒蛋白，从而组装成新的病毒颗粒。然后该粒子继续感染其他细胞。如果受感染的细胞是精子或卵子，逆转录病毒序列也可以传递给后代。

HIV是一种常见的逆转录病毒，目前在人类中引起疾病。但是我们的基因组也充斥着很久以前的逆转录病毒感染留下的序列。与可以继续感染新细胞的HIV不同，这些逆转录病毒序列被认为是相对惰性的; 数百万年的进化和累积突变意味着很少有人保持对功能性蛋白质的指导能力。

在鉴定胚胎干细胞中的 HPAT1-23后，Sebastiano及其同事研究了它们在人胚泡中的表达 - 在胚胎受精后第一天产生的空心细胞团。他们发现HPAT2，HPAT3和HPAT5仅在胚泡的内细胞团中表达，胚泡成为发育中的胎儿。阻断它们在双细胞胚胎的一个细胞中的表达阻止了受影响的细胞对胚胎的内细胞团的贡献。进一步的研究表明，三种基因的表达也是成体细胞有效重编程为诱导多能干细胞所必需的。

序列仅在灵长类动物中发现

“这是第一次证明这些病毒衍生的RNA分子与人类发育的重要步骤直接相关并且是必需的，”塞巴斯蒂亚诺说。“真正有趣的是，这些序列仅在灵长类动物中发现，这增加了它们的功能可能促成了区分人类与其他动物的独特特征的可能性。”

研究人员正在继续研究所有HPAT分子。他们已经了解到HPAT-5通过与let-7的多能性相关的另一个RNA家族的成员相互作用并隔离其特异性影响多能性。

Durruthy-Durruthy说：“以前的逆转录病毒元素被认为是一个基本相同的功能。” “现在我们知道它们在我们的细胞中作为具有非常特殊和重要作用的个体元素发挥作用。想象一下，在进化过程中，灵长类动物如何开始将这些病毒残羹剩余转化为对我们的发育有益和必要的东西，这是非常有趣的。 “。

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