斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員表示，來自古代病毒感染的遺傳物質(zhì)對人類發(fā)育至關(guān)重要。他們已經(jīng)確定了幾種病毒來源的非編碼RNA分子，這些RNA分子是受精人卵獲得早期發(fā)育成為身體所有細(xì)胞和組織的能力所必需的。他們發(fā)現(xiàn)，阻止這種RNA分子的產(chǎn)生會阻礙其發(fā)展。這一發(fā)現(xiàn)是在今年早些時(shí)候斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究之后發(fā)現(xiàn)的，該研究顯示早期人類胚胎中充滿了似乎是由類似的遺留遺傳物質(zhì)引起的病毒顆粒。

“我們開始積累證據(jù)證明這些病毒序列最初可能已經(jīng)威脅到我們物種的生存，我們的基因組為了自己的利益而加入，”Vittorio Sebastiano博士說，她是婦產(chǎn)科助理教授。 。“通過這種方式，它們甚至可能促成了物種特異性特征和基本細(xì)胞過程，即使在人類中也是如此。”

Sebastiano是該研究的共同領(lǐng)導(dǎo)和共同資深作者，該研究將于11月23日在Nature Genetics上發(fā)表。博士后學(xué)者Jens Durruthy-Durruthy博士是另一位主要作者。該論文的另一位高級作者是Renee Reijo Pera，博士，曾任斯坦福大學(xué)婦產(chǎn)科教授，現(xiàn)任蒙大拿州立大學(xué)教授。

塞巴斯蒂亞諾和他的同事們有興趣了解細(xì)胞如何變成多能細(xì)胞，或者能夠成為體內(nèi)的任何組織。一個(gè)人的卵子受精后成為多能干細(xì)胞，例如?？茖W(xué)家已經(jīng)學(xué)會了如何通過將其暴露于已知存在于早期人類胚胎中的蛋白質(zhì)來誘導(dǎo)其他完全發(fā)育的人類細(xì)胞變成多能細(xì)胞。但在這兩種情況下，這種變革過程的細(xì)節(jié)分子細(xì)節(jié)都不是很清楚。

一種古老的感染

研究人員知道，一種稱為長基因間非編碼或lincRNA的RNA分子已經(jīng)涉及許多重要的生物過程，包括獲得多能性。這些分子是由基因組中的DNA制成的，但它們不會繼續(xù)制造蛋白質(zhì)。相反，它們作為RNA分子起作用以影響其他基因的表達(dá)。

Sebastiano和Durruthy-Durruthy最近開發(fā)的RNA測序技術(shù)用于檢測哪些lincRNA在人胚胎干細(xì)胞中高表達(dá)。以前，這種類型的分析受到以下事實(shí)的阻礙：許多分子包含高度相似，非常重復(fù)的區(qū)域，難以精確測序。

他們發(fā)現(xiàn)了2000多個(gè)以前未知的RNA序列，發(fā)現(xiàn)146個(gè)在胚胎干細(xì)胞中特異性表達(dá)。他們將23種最高表達(dá)的序列歸入其中，稱為HPAT1-23，以供進(jìn)一步研究。他們發(fā)現(xiàn)，其中有13種幾乎完全是由一種名為HERV-H的病毒感染前遺留下來的遺傳物質(zhì)構(gòu)成的。

HERV-H是所謂的逆轉(zhuǎn)錄病毒。這些病毒通過將其遺傳物質(zhì)插入受感染細(xì)胞的基因組中而擴(kuò)散。通過這種方式，病毒可以利用細(xì)胞的蛋白質(zhì)制造機(jī)器生成病毒蛋白，從而組裝成新的病毒顆粒。然后該粒子繼續(xù)感染其他細(xì)胞。如果受感染的細(xì)胞是精子或卵子，逆轉(zhuǎn)錄病毒序列也可以傳遞給后代。

HIV是一種常見的逆轉(zhuǎn)錄病毒，目前在人類中引起疾病??。但是我們的基因組也充斥著很久以前的逆轉(zhuǎn)錄病毒感染留下的序列。與可以繼續(xù)感染新細(xì)胞的HIV不同，這些逆轉(zhuǎn)錄病毒序列被認(rèn)為是相對惰性的; 數(shù)百萬年的進(jìn)化和累積突變意味著很少有人保持對功能性蛋白質(zhì)的指導(dǎo)能力。

在鑒定胚胎干細(xì)胞中的 HPAT1-23后，Sebastiano及其同事研究了它們在人胚泡中的表達(dá) - 在胚胎受精后第一天產(chǎn)生的空心細(xì)胞團(tuán)。他們發(fā)現(xiàn)HPAT2，HPAT3和HPAT5僅在胚泡的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中表達(dá)，胚泡成為發(fā)育中的胎兒。阻斷它們在雙細(xì)胞胚胎的一個(gè)細(xì)胞中的表達(dá)阻止了受影響的細(xì)胞對胚胎的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的貢獻(xiàn)。進(jìn)一步的研究表明，三種基因的表達(dá)也是成體細(xì)胞有效重編程為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞所必需的。

序列僅在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)

“這是第一次證明這些病毒衍生的RNA分子與人類發(fā)育的重要步驟直接相關(guān)并且是必需的，”塞巴斯蒂亞諾說。“真正有趣的是，這些序列僅在靈長類動物中發(fā)現(xiàn)，這增加了它們的功能可能促成了區(qū)分人類與其他動物的獨(dú)特特征的可能性。”

研究人員正在繼續(xù)研究所有HPAT分子。他們已經(jīng)了解到HPAT-5通過與let-7的多能性相關(guān)的另一個(gè)RNA家族的成員相互作用并隔離其特異性影響多能性。

Durruthy-Durruthy說：“以前的逆轉(zhuǎn)錄病毒元素被認(rèn)為是一個(gè)基本相同的功能。” “現(xiàn)在我們知道它們在我們的細(xì)胞中作為具有非常特殊和重要作用的個(gè)體元素發(fā)揮作用。想象一下，在進(jìn)化過程中，靈長類動物如何開始將這些病毒殘羹剩余轉(zhuǎn)化為對我們的發(fā)育有益和必要的東西，這是非常有趣的。 “。