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Nature：操控人類的病毒
閱讀：209 發(fā)布時(shí)間：2015-4-24人類的受精卵一開始有可能看起來像是一張白板,。然而在受精的數(shù)天之內(nèi),，生長中的細(xì)胞團(tuán)不僅激活了人類的基因，還有源自古老的感染而存留在人類基因組中的病毒DNA,。
現(xiàn)在來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn),，早期的人類細(xì)胞生成了病毒蛋白，甚至塞滿了裝配的病毒顆粒,。這些病毒蛋白可以操控人類發(fā)育的一些zui早期的步驟,，影響基因表達(dá)并甚至有可能保護(hù)了細(xì)胞免受進(jìn)一步的病毒感染。
這一研究發(fā)現(xiàn)由此向我們提出了一些問題,，在人類胚胎發(fā)育過程中到底誰是真正的幕后操縱者,？
發(fā)育生物學(xué)、化學(xué)以及系統(tǒng)生物學(xué)副教授Joanna Wysocka博士說：“這聽起來很有趣又有點(diǎn)嚇人,。我們發(fā)現(xiàn),，在近期的進(jìn)化過程中侵入到人類基因組中的一種特殊的病毒在人類胚胎早期發(fā)育過程中又再度活化，導(dǎo)致了一些病毒樣的顆粒和蛋白存在于人類細(xì)胞中,。"
他們的研究論文發(fā)表在4月20日的《自然》（Nature）雜志上,。Wysocka是這篇文章的資深作者,，研究生Edward Grow是論文的主要作者。
胚胎中的病毒顆粒
逆轉(zhuǎn)錄病毒是一類可以將自身DNA插入到宿主細(xì)胞基因組中以后再激活的病毒,。在這種潛藏模式下,，病毒等待時(shí)機(jī)，每次細(xì)胞分裂它都會(huì)利用細(xì)胞的DNA復(fù)制將自身傳播到每一個(gè)感染細(xì)胞的后代細(xì)胞中,。HIV就是一個(gè)*的可以感染人類的逆轉(zhuǎn)錄病毒例子。
當(dāng)逆轉(zhuǎn)錄病毒感染生殖細(xì)胞,，或是在生殖細(xì)胞產(chǎn)生前感染極早期的胚胎時(shí),，病毒DNA可以傳遞給后代。然而在進(jìn)化過程中,，這些病毒基因組往往會(huì)發(fā)生突變并失活,。大約8%的人類基因組就是由以往的感染下的病毒序列所構(gòu)成。一種叫做HERVK的逆轉(zhuǎn)錄病毒在相對近的時(shí)期——大約20萬年內(nèi)重復(fù)感染了人類,。大多數(shù)HERVK基因組仍然待在我們的每個(gè)細(xì)胞中保持完整,。
大多數(shù)的這些序列在成熟細(xì)胞中失活，但近期的研究表明它們可以在腫瘤細(xì)胞或人類胚胎干細(xì)胞中活躍起來,。新加坡基因組研究所的研究人員在今年發(fā)表于2月Cell Stem Cell雜志上的一項(xiàng)研究中,，證實(shí)來自一種靈長類動(dòng)物病毒HERVH的序列也在早期人類發(fā)育中活化。
現(xiàn)在斯坦福大學(xué)的研究人員*次證實(shí)了,，在發(fā)育的人類胚胎中有大量的病毒蛋白,，電子顯微鏡圖像顯示這些蛋白裝配成了病毒顆粒。隨后在體外培養(yǎng)的人類胚胎干細(xì)胞中開展研究,，科學(xué)家們證實(shí)這些病毒蛋白可以影響發(fā)育胚胎中的基因表達(dá),，并有可能保護(hù)了細(xì)胞免受其他病毒的感染。
爭斗還是共生,？
目前還不清楚這一系列的事件是成千上萬年來共存（一種進(jìn)化共生）的結(jié)果,，還是代表了人類和病毒之間持續(xù)不斷的爭斗。
Grow說：“病毒是通過在這些早期胚胎細(xì)胞中開啟自己而自私地獲益,？還是胚胎轉(zhuǎn)而強(qiáng)占了病毒顆粒來保護(hù)自己,？還是兩者均有受益？這皆有可能,，只是我們還沒有真正的了解,。"
論文的共同作者、斯坦福前婦產(chǎn)科學(xué)教授Renee Reijo Pera博士說：“盡管仍有很多有待了解,，但很清楚地是在妊娠的數(shù)天內(nèi)兩者的命運(yùn)纏繞在了一起,。我們?nèi)祟惖脑缙诎l(fā)育是*的，依賴于近期進(jìn)化歷史中我們獲得的一些基因和DNA序列,。我們現(xiàn)在知道了,，在生命的zui初幾天或數(shù)周內(nèi)我們的‘垃圾DNA’,，包括一些病毒基因?yàn)榱税l(fā)育而再度被利用。"
Grow和同事們發(fā)現(xiàn),，一些HERVK病毒在3日或4日齡胚胎中轉(zhuǎn)錄成為了RNA,。這種病毒激活與胚胎中其他關(guān)鍵人類基因的激活同時(shí)發(fā)生。研究人員隨后利用了電子顯微鏡觀察了受精后5-6天內(nèi)出現(xiàn)的人類囊胚中完整的病毒顆粒是什么樣子,。
HERVK還編碼了一種叫做Rec的病毒蛋白,，Rec與病毒RNA轉(zhuǎn)錄物結(jié)合，護(hù)送轉(zhuǎn)錄物進(jìn)入到細(xì)胞質(zhì)核糖體處合成了蛋白質(zhì),。
研究人員發(fā)現(xiàn)Rec不僅影響了病毒基因的表達(dá),，還結(jié)合了許多由人類基因轉(zhuǎn)錄的RNA。Rec還調(diào)控了RNA與核糖體的互作,。zui終,，存在于人類細(xì)胞中的Rec刺激了一種免疫反應(yīng)，提高了人類表面結(jié)合蛋白IFITM1的量,，后者可以保護(hù)細(xì)胞免受病毒感染,。
“一個(gè)潛在的有益策略"
Grow說：“在基因組進(jìn)化領(lǐng)域存在長期的爭論。為什么要在我們的基因組中保留如此多看似無用和重復(fù)的DNA,？我們的結(jié)果表明一個(gè)實(shí)體的,、與生理相關(guān)的表型——提高了抗病毒免疫。這清楚地表明HERVK在胚胎中表達(dá)是一種潛在的有益策略,。"
Wysocka說,，雖然還沒有直接的證據(jù)證實(shí)HERVK重激活為人類發(fā)育提供了一個(gè)選擇性的優(yōu)勢，研究結(jié)果是非常吸引人的,。
“觀察到病毒蛋白表達(dá)并以復(fù)雜的方式占用了細(xì)胞機(jī)器表明,，要充分地了解錯(cuò)綜復(fù)雜的早期人類發(fā)育，我們需要考慮一下這些基因入侵者的作用,。"（來源：ebiotrade）