Hiszpańscy naukowcy odkryli, że co najmniej 8 procent ludzkiego genomu jest pochodzenia wirusowego. Badając to zjawisko skupili się na analizie znaczenia wirusowego DNA dla jednego z kluczowych procesów w rozwoju człowieka, tj rozwoju embrionu.
“Śmieciowe DNA”
Dotychczas genomy pochodzenia wirusowego postrzegane były jako tzw “śmieciowe DNA”. Najnowsze badania pokazują jednak, że jest on niezbędny do inicjowania procesu mającego miejsce już kilka godzin po zapłodnieniu podczas różnicowania się komórek zarodka.
Zespół naukowców z Hiszpańskiego Krajowego Centrum Badań nad Rakiem jako pierwszy zbadał i opisał znaczenie wirusowego DNA dla kluczowego procesu rozwoju człowieka, którym jest pluripotencja. Jest to zdolność komórek zarodka do różnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych. Wyniki ich badań opublikowane w \”Science Advances” mogą stać się przełomem w medycynie regeneracyjnej i tworzeniu sztucznych embrionów.
Dzięki badaniom naukowców dziś wiemy, jakie było faktyczne znaczenie “śmieciowego DNA” w procesie ewolucji zwierząt. Okazało się bowiem, że była ona możliwa dzięki temu, że setki milionów lat temu wirusy zainfekowały prymitywne organizmy jednokomórkowe. Następnie wbudował się w genom gospodarza i obecnie znajduje się nawet w naszym DNA.
Rozwój embrionalny człowieka
Patrząc na zjawisko rozwoju embrionalnego człowieka już zaledwie godzin po zapłodnieniu zygota (połączenie komórki męskiej i żeńskiej) dzieli się po raz pierwszy. W następstwie tego powstają dwie komórki potomne totipotencjonalne (posiadające zdolność do różnicowania się w dowolny rodzaj komórek, przez co mogą stworzyć całość organizmu. Wskutek kolejnego podziału tworzą się cztery komórki. Te z kolei są już pluripotencjalne, co oznacza, że mogą różnicować się w komórki dowolnej tkanki ciała. Właśnie w tym procesie przechodzenia z komórki o właściwościach totipotencjonalnych do właściwości pluripotencjonalnych uczestniczy pradawne DNA pochodzenia wirusowego.
Endogenne retrowirusy
Proces wniknięcia wirusowego genomu w organizm gospodarza, którym w tym wypadku było zwierzę, dotyczył tzw. retrowirusów endogennych. Miało to miejsce ponad 500 milionów lat temu. Jak pokazały badania prowadzone przez naukowców w ciągu ostatnich 10 lat, sekwencje te stanowią od 8 do 10 % ludzkiego materiału genetycznego.
Jednym z retrowirusów znajdujących się w obszarze zainteresowania zespołu Hiszpanów był MERVL. Dzięki analizom ustalono, że wyznacza on tempo rozwoju zarodka, zwłaszcza na etapie przejścia od totipotencji do pluripotencji. Odpowiada również za regulację mechanizmu tego procesu.
Nowy mechanizm
Już wiele lat temu dowiedziono, że usunięcie mechanizmu związanego z genem kodującym białko URI, przerywa proces rozwoju. Wynika to z faktu, że jedna z funkcji tegoż białka umożliwia działanie molekułom koniecznym w procesie pluripotencji.
Dzięki swoim analizom, Hiszpanie wskazali sposób, w jaki genom retrowirusa i białko łączą się ze sobą. Odpowiedzialna za to jest sekwencja retrowirusowa, która kodując białko MERVL- gag, moduluje działanie URI.
Ekspresja białka wirusowego
Naukowcy doszli do wniosku, że w trakcie trwania fazy totipotencji, ekspresja białka MERVL-gag jest wysoka. Wiąże się ono z drugim białkiem – URI – hamując jego działanie. Po jakimś czasie poziom białka genomu wirusowego spada. Dzięki temu białko URI może rozpocząć działanie, co wywołuje pluripotencję.
Jak wskazują badacze, zależność między białkiem kodowanym przez sekwencje wirusowe, URI i czynnikami pluripotencji, jest trójstronna i precyzyjnie modulowana. Modulacja ta pozwala na zapewnienie embrionowi wystarczającej ilości czasu na dostosowanie się i koordynację płynnego przejścia z toti- do pluripotencji, a także specyfikacji linii komórkowej w rozwoju embrionalnym.
Autorka: Sylwia Zaroślińska
Fot: Canva
