Ученые из Национального центра исследования рака Испании показали, что критическая ранняя стадия эмбрионального развития связана с вирусом, который смешался с ДНК предков таких сложных организмов, как человек, более 500 миллионов лет назад.
Развитие эмбриона человека зависит от вирусной инфекцией возрастом 500 миллионов лет
Ученые из Национального центра исследования рака Испании показали, что критическая ранняя стадия эмбрионального развития связана с вирусом, который смешался с ДНК предков таких сложных организмов, как человек, более 500 миллионов лет назад. По мнению исследователей связь между этими вирусами и ростом эмбрионов может иметь значение для создания искусственных эмбрионов и разработки регенеративных лекарств.
7-недельный эмбрион человека. Википедия
Интуитивно кажется, что наличие вирусов в геноме не может быть чем-то хорошим. Оказывается это не так. Без эвирусов человека бы не было.
Генетический материал эндогенных ретровирусов, которые заразили самые ранние организмы на Земле, оставив маркеры в нашей ДНК, по разным оценкам, составляет от 8 до 10% генома современного человека.
По мнению исследователей связь между этими вирусами и ростом эмбрионов может иметь значение для создания искусственных эмбрионов и разработки регенеративных лекарств.
Почему человеку необходима «мусорная ДНК»
Таблица эмбрионов. Исследователи изучили клетки на самых ранних стадиях формирования эмбрионов мышей.
«До недавнего времени эти остатки вируса считались мусорной ДНК, генетическим материалом, который был непригоден для использования или даже вреден», — говорит соавтор работы Серджио де ла Роза.
Благодаря детальному изучению моделей на мышах команде удалось идентифицировать ретровирусный белок под названием MERVL-gag, который помогает контролировать темп развития эмбриона всего через несколько часов после оплодотворения.
Несколько часов после оплодотворения — это еще стадия зиготы
Ключевое развитие, о котором идет речь, заключается в том, что первые несколько тотипотентных клеток (способных стать любой из клеток, образующих весь организм) дает начало плюрипотентным клеткам (способным становиться клетками, образующими любые ткани организма, но не плацентарную ткань).
Этот постепенный процесс специализации эмбриона превращает сгусток клеток в кошку, морской огурец, дождевого червя или человека, и исследователи показали, как MERVL-gag влияет на ген под названием URI, который позволяет молекулам становиться плюрипотентными.
«Это совершенно новая роль для эндогенных ретровирусов», — говорит соавтор работы Нэйбил Джудер. — «Мы открыли новый механизм, который объясняет, как эндогенный ретровирус напрямую контролирует факторы плюрипотентности».
Команда обнаружила высокие уровни экспрессии белка MERVL-gag на ранней фазе тотипотентности роста эмбриона, затем эти уровни неуклонно снижаются, поскольку URI становится все сильнее влият на поведение клеток.
То, что мы видим — точный баланс между белками, генами и плюрипотентностью, — результат сотен миллионов лет эволюции, и все это было бы невозможно без древнего вируса.
Этот шаг в процессе перехода от первых нескольких клеток к реальному живому животному чрезвычайно важен и для успешной разработки искусственных эмбрионов. Это исследование помогает понять проблемы, связанные с беременностью и фертильностью.
«Мы начинаем понимать, что эти ретровирусы, которые эволюционировали вместе с нами на протяжении миллионов лет, выполняют важные функции, например, регулирование других генов», — говорит де ла Роза. — «Это чрезвычайно важная область исследований».