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病毒進(jìn)化竟是人類胚胎發(fā)育關(guān)鍵

時(shí)間:2024-01-25 10:11:58   來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

  所有動(dòng)物的進(jìn)化都要?dú)w功于數(shù)億年前某些病毒感染了原始生物。病毒遺傳物質(zhì)被整合到第一個(gè)多細(xì)胞生物的基因組中,至今仍然存在于人類DNA中。在新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上,西班牙國(guó)家癌癥研究中心科學(xué)家首次描述了這些病毒在對(duì)人類發(fā)育至關(guān)重要的生命過(guò)程中所發(fā)揮的作用。

  該過(guò)程發(fā)生在受精后幾個(gè)小時(shí):當(dāng)卵母細(xì)胞從兩個(gè)細(xì)胞變成四個(gè)細(xì)胞時(shí),就具有多能性。在這一步之前,胚胎的兩個(gè)細(xì)胞都是全能的,即它可在一個(gè)獨(dú)立的生物體內(nèi)發(fā)育;下一階段的四個(gè)細(xì)胞不是全能的,而是多能的,因?yàn)樗鼈兛煞只缮眢w任何特殊組織的細(xì)胞。

  來(lái)自“內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒”的遺傳物質(zhì),被整合到生物體的基因組中,這些生物體或是寒武紀(jì)生物多樣性爆發(fā)的驅(qū)動(dòng)因素。在過(guò)去的十年中,人們發(fā)現(xiàn)這些病毒的基因序列至少占人類基因組的8%—10%。這些病毒殘留物一度被認(rèn)為是垃圾DNA。然而,近年來(lái)科學(xué)家開(kāi)始意識(shí)到這些與人類共同進(jìn)化了數(shù)百萬(wàn)年的逆轉(zhuǎn)錄病毒具有重要功能,例如,調(diào)節(jié)基因。

  新研究表明,一種MERVL內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒決定了胚胎發(fā)育的速度,特別是在從全能性向多能性轉(zhuǎn)變的特定步驟中。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新機(jī)制,可解釋內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒如何直接控制多能性因子。

  這種新機(jī)制涉及URI基因。多年前人們發(fā)現(xiàn),如果實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)的URI被刪除,胚胎甚至無(wú)法發(fā)育。新研究表明,URI的功能之一是使獲得多能性所必需的分子發(fā)揮作用。如果URI不發(fā)揮作用,多能性因子也不發(fā)揮作用。事實(shí)證明,一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白MERVL-gag,可調(diào)節(jié)URI的作用。

  研究發(fā)現(xiàn),在全能期,當(dāng)卵母細(xì)胞中只有兩個(gè)細(xì)胞時(shí),MERVL-gag病毒蛋白的表達(dá)量很高。這種蛋白質(zhì)與URI結(jié)合并阻止其發(fā)揮作用。然而,隨著MERVL-gag病毒蛋白的水平下降,URI開(kāi)始發(fā)揮作用,從而呈現(xiàn)多能性。

  這項(xiàng)新研究最關(guān)鍵之處在于,揭示了內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒與其宿主細(xì)胞的共生進(jìn)化,保證了早期胚胎發(fā)育的順利展開(kāi)。換句話說(shuō),病毒蛋白、URI和多能性因子之間的三向關(guān)系得到了精細(xì)調(diào)節(jié),以便胚胎有足夠的時(shí)間來(lái)調(diào)整,協(xié)調(diào)了胚胎發(fā)育過(guò)程中從全能性到多能性的平穩(wěn)過(guò)渡。也正是這一切,讓這部偉大的組織和器官細(xì)胞發(fā)育史更加規(guī)范。

(責(zé)任編輯:華康)

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