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Cell子刊:病毒DNA在人类基因组中有大作用

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研究病毒DNA在人类基因组内的表达,可加深我们对于人类进化和胚胎发育的认识。


人类基因组是人类生命的蓝图,但这个蓝图的大部分仍然是个谜。最近,新加坡A*STAR基因组研究所(GIS)的研究人员发现,来自古病毒、被认为无用的序列,可能有助于人类生命周期最早的细胞类型。这些新发现的病毒元素可用于确定胚胎干细胞的新类型,从而为了解人类发展和疾病打开了更多的可能性。延伸阅读:人体远古病毒DNA残余与人类干细胞多能性密切相关。


本研究所发现的病毒序列与逆转录病毒相似,但因为它们是人类基因组的一部分,因此被称为内源性逆转录病毒(ERV)。ERVs一旦被激活,能够将自己的DNA再插入到人类基因组中。因为它们主要复制自己的DNA,它们有时被称为“自私基因”。因为它们的“自私”, 当它们破坏人类生命必需的基因时,ERVs就有潜在的危险。最近在《Cell Stem Cell》发表的一项研究表明,许多ERVs在早期胚胎细胞中被激活,但不是有害的,它们可能在进化的过程中成为有用的。


被激活的基因被转录成RNA以发挥功能。因此,科学家们研究细胞中的RNA以识别活跃的基因。GIS成员Jonathan Göke带领了这项研究,他解释说:“当我们研究来自胚胎干细胞的公共数据时,我们发现,许多RNA起源于人类基因组的ERVs区域。我们不仅观察到了单独事件,也观察到这些ERVs的系统激活。每一个细胞类型都表现出特定类别的转录,这是非常不可能偶然发生的事情。”


Göke补充说:“许多ERV元件仅仅是完整病毒片段。它们含有激活序列,但它们所产生的RNA与逆转录病毒产生的RNA,有很大的不同”。在许多情况下,这些ERV-RNA甚至是其他基因产生的RNA的一部分。这样,ERVs可能已经进化到获得一种新的功能;它们可能成为人类生命蓝图的一部分。


ERVs已被证明在癌症等疾病中发挥作用。因为许多ERVs在使用最广泛的模型中并不表达,它们也不存在于小鼠当中,科学家们还不完全了解其功能。现在研究人员发现,一部分ERVs的功能是作为活化剂,可用来识别显示这些ERV家族表达的细胞。这些细胞可以克服目前细胞模型的局限,来研究ERVs在发育和疾病中的作用及功能。


加拿大麦克吉尔大学的副教授Guillaume Bourque已经从事ERVs研究多年,他指出:“这些发现非常令人着迷,因为表达这些ERV衍生RNA的胚胎细胞,对于人类生命周期是必要的。现在的大问题是,它们真正做的事情是什么。从人类胚胎干细胞研究中我们知道,ERVs已经变得必不可少,所以很可能,在本研究中所描述的ERVs在许多方面有助于人的类发展。”


GIS执行董事Huck-Hui Ng教授表示:“这是一项非常激动人心的研究,这些结果为更好地理解‘胚胎细胞为什么、如何不同于成人细胞以及这些新发现的ERV基因起什么作用?’开启了许多新机遇。一些ERVs可能参与形成的疾病,如癌症。”


Göke博士的研究团队计划采取进一步研究。他介绍说:“我们现在正在研发新的算法,将帮助我们确定人类基因组中的其他ERVs,我们试图分离表达这些ERV-RNA的细胞。这样我们就可以研究它们的功能以及它们如何引发人类疾病的”。


原文链接:Dynamic Transcription of Distinct Classes of Endogenous Retroviral Elements Marks Specific Populations of Early Human Embryonic Cells


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