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Nature:操控人类的病毒

来自斯坦福大学医学院的研究人员发现,早期的人类细胞生成了病毒蛋白,甚至塞满了装配的病毒颗粒。这些病毒蛋白可以操控人类发育的一些最早期的步骤,影响基因表达并甚至有可能保护了细胞免受进一步的病毒感染。


人类的受精卵一开始有可能看起来像是一张白板。然而在受精的数天之内,生长中的细胞团不仅激活了人类的基因,还有源自古老的感染而存留在人类基因组中的病毒DNA。


现在来自斯坦福大学医学院的研究人员发现,早期的人类细胞生成了病毒蛋白,甚至塞满了装配的病毒颗粒。这些病毒蛋白可以操控人类发育的一些最早期的步骤,影响基因表达并甚至有可能保护了细胞免受进一步的病毒感染,我们发现,在近期的进化过程中侵入到人类基因组中的一种特殊的病毒在人类胚胎早期发育过程中又再度活化,导致了一些病毒样的颗粒和蛋白存在于人类细胞中。”


Grow说:“病毒是通过在这些早期胚胎细胞中开启自己而自私地获益?还是胚胎转而强占了病毒颗粒来保护自己?还是两者均有受益?这皆有可能,只是我们还没有真正的了解。”“尽管仍有很多有待了解,但很清楚地是在妊娠的数天内两者的命运缠绕在了一起。我们人类的早期发育是独特的,依赖于近期进化历史中我们获得的一些基因和DNA序列。我们现在知道了,在生命的最初几天或数周内我们的‘垃圾DNA’,包括一些病毒基因为了发育而再度被利用。”

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Grow和同事们发现,一些HERVK病毒在3日或4日龄胚胎中转录成为了RNA。这种病毒激活与胚胎中其他关键人类基因的激活同时发生。研究人员随后利用了电子显微镜观察了受精后5-6天内出现的人类囊胚中完整的病毒颗粒是什么样子。HERVK还编码了一种叫做Rec的病毒蛋白,Rec与病毒RNA转录物结合,护送转录物进入到细胞质核糖体处合成了蛋白质。研究人员发现Rec不仅影响了病毒基因的表达,还结合了许多由人类基因转录的RNA。Rec还调控了RNA与核糖体的互作。最终,存在于人类细胞中的Rec刺激了一种免疫反应,提高了人类表面结合蛋白IFITM1的量,后者可以保护细胞免受病毒感染。


Grow说:“在基因组进化领域存在长期的争论。为什么要在我们的基因组中保留如此多看似无用和重复的DNA?我们的结果表明一个实体的、与生理相关的表型——提高了抗病毒免疫。这清楚地表明HERVK在胚胎中表达是一种潜在的有益策略。”Wysocka说,虽然还没有直接的证据证实HERVK重激活为人类发育提供了一个选择性的优势,研究结果是非常吸引人的。


“观察到病毒蛋白表达并以复杂的方式占用了细胞机器表明,要充分地了解错综复杂的早期人类发育,我们需要考虑一下这些基因入侵者的作用。”


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