作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2024/1/25 9:29:10
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数亿年前感染了第一批动物——
病毒进化竟是人类胚胎发育关键

 

科技日报北京1月24日电 (记者张梦然)所有动物的进化都要归功于数亿年前某些病毒感染了原始生物。病毒遗传物质被整合到第一个多细胞生物的基因组中,至今仍然存在于人类DNA中。在新一期《科学进展》杂志上,西班牙国家癌症研究中心科学家首次描述了这些病毒在对人类发育至关重要的生命过程中所发挥的作用。

该过程发生在受精后几个小时:当卵母细胞从两个细胞变成四个细胞时,就具有多能性。在这一步之前,胚胎的两个细胞都是全能的,即它可在一个独立的生物体内发育;下一阶段的四个细胞不是全能的,而是多能的,因为它们可分化成身体任何特殊组织的细胞。

来自“内源性逆转录病毒”的遗传物质,被整合到生物体的基因组中,这些生物体或是寒武纪生物多样性爆发的驱动因素。在过去的十年中,人们发现这些病毒的基因序列至少占人类基因组的8%—10%。这些病毒残留物一度被认为是垃圾DNA。然而,近年来科学家开始意识到这些与人类共同进化了数百万年的逆转录病毒具有重要功能,例如,调节基因。

新研究表明,一种MERVL内源性逆转录病毒决定了胚胎发育的速度,特别是在从全能性向多能性转变的特定步骤中。研究人员发现了一种新机制,可解释内源性逆转录病毒如何直接控制多能性因子。

这种新机制涉及URI基因。多年前人们发现,如果实验动物体内的URI被删除,胚胎甚至无法发育。新研究表明,URI的功能之一是使获得多能性所必需的分子发挥作用。如果URI不发挥作用,多能性因子也不发挥作用。事实证明,一种内源性逆转录病毒蛋白MERVL-gag,可调节URI的作用。

研究发现,在全能期,当卵母细胞中只有两个细胞时,MERVL-gag病毒蛋白的表达量很高。这种蛋白质与URI结合并阻止其发挥作用。然而,随着MERVL-gag病毒蛋白的水平下降,URI开始发挥作用,从而呈现多能性。

这项新研究最关键之处在于,揭示了内源性逆转录病毒与其宿主细胞的共生进化,保证了早期胚胎发育的顺利展开。换句话说,病毒蛋白、URI和多能性因子之间的三向关系得到了精细调节,以便胚胎有足够的时间来调整,协调了胚胎发育过程中从全能性到多能性的平稳过渡。也正是这一切,让这部伟大的组织和器官细胞发育史更加规范。

 
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