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新发现!僵尸病毒参与胚胎发育

(2015-11-13 03:18:53) 下一个

- 胚胎发育与基因组中僵尸病毒的复活

当你心情舒畅,并自豪地认为自己与众不同时,你是否知道,你身上大部分的DNA原来都不是你的。事实上, 你的基因组里到处散落着千百万年前病毒入侵者的尸体。基本上来说,我们每一个人的基因组就是一个大垃圾场(基因组是细胞中所有或全套基因的总称)。

假如这使你感到沮丧,那还有令你不安的:其中的一些病毒尸体,在人类胚胎发育的早期竟起死回生了。它们会在这个时期产生病毒蛋白,然后把它们组装成疑似感染性病毒颗粒的东西。这就提出了一个问题,这些个复活的病毒想要干什么?在人类胚胎发育过程中,这些僵尸病毒是不是幕后操纵者?

研究人员认为 “这一点即迷人又有点可怕。” “我们还不能说这样的病毒颗粒具有感染性,但是,无论感染性与否,细胞里的病毒蛋白极少是完全惰性的。" 他们还发现,这些病毒蛋白,占据着有利的地位,在人类胚胎发育的最早环节上,通过基因表达,甚至有可能通过保护胚胎细胞免受感染来调控胚胎发育。

发现这一现象的科学家们还不很清楚(斯坦福大学医学院发育生物学、化学与系统生物学副教授 Joanna Wysocka 和她的学生 Edward Grow 博士),这到底是一场病毒和人类正在进行的搏斗呢?还是千百万年来二者经过打打斗斗,已经达到和平共处的结果? Grow 博士问到:“是病毒在这些早期胚胎细胞中自私地将自己激活而受益?还是胚胎启用了这些病毒蛋白来保护自身?拟或二者均有?这皆有可能,但是,具体是哪一种可能,我们确实不知道。"

科学家们并不是一开始就针对这些残余的病毒僵尸展开研究的,他们只是对人类胚胎发育的最早阶段感兴趣。比如说,一个受精卵是如何从比这个句子里的逗点还小的家伙,变成一个有着四肢,头发,指头,眼睛以及一对肺脏的新生儿的。

自60年前起,人们就知道,人体的每个细胞中都有23对染色体-集束成团状的DNA字符串, 携带着制造体内各种蛋白的指令。根据这些指令,胚胎细胞逐渐发育成不同的组织和器官。就像厨师可以用不同的菜谱和食材烹饪出不同的佳肴一样。

- 转位子与内源性逆转录病毒

基因组中,循序而协调的基因表达方法是细胞赖以生长成熟的配方。在细胞核中,DNA的特殊顺序被复制到了RNA分子中,这个过程叫转录;RNA被转运到细胞浆中后,在核糖体上指导蛋白的产生,这个过程叫翻译;而合成出来的蛋白质被用来调节细胞的功能或发育;这些过程合在一起就是基因从指令到功能的表达。Wysocka 和 Grow 起初的兴趣是早期胚胎中,那种控制何种基因何时得以表达的调节机制。于是,他们把精力集中在了一个叫做Transposon的移动遗传因子上。

Transposon翻译成中文称为转位子。它是短位节的DNA,在激活与游离状态时,可以将自身一遍又一遍地插入到宿主的DNA中,导致成百上千个拷贝藏身于我们的基因组中,事实上,我们身体中基因组的大半是由这些重复的转位子构成。近来的研究表明, 转位子对其邻近基因的表达有着举足轻重的调节作用。

转位子可以被看成是"跳跃基因"。最早发现它的 Barbara McClintock 因此获得1983年度的诺贝尔生理与医学奖。她早在1950年代就作出了此项奠基性的发现。不幸的是,一直以来,转位子被大多数人认为是多余的废物,直到被发现的30年之后,转位子的功用才被认同。这种"跳跃基因", 说的形象点就像重建或翻组玩具火车的双股铁轨一般,  插组的方向和嵌入的位置至关重要,其结果或改变火车行进的方向,或发出停车信号。McClintock的实验表明,转位子的这款雕虫小技可以影响玉米粒的颜色与排列方式。可是,当 Grow 在研究人体胚胎发育时期,哪一种转位子在何时和以何种方式被激活时,发现了一些令他非常惊讶的事情。原来,那些活跃在早期发育阶段的转位子都是些内源性反转录病毒。其中之一就是一被称之为HERVK的病毒,该病毒在进化上非常年轻,在人类基因组中有多于上百处的插入,而且保留着蛋白编码的潜能。

那么,是谁说了算数呢?是人类还是病毒?或已彼此难分了吗? 在这一点上,可以说人类根本无独立性可言。 我们体内充斥着病毒,细菌,乃至真菌。它们的数目十倍于我们的人体细胞。就像大肠里的细菌帮助我们消化食物一样,是我们正常生活的一部分。

蒙大拿州立大学的 Pera 说:“目前了解到的是,我们的这些'垃圾DNA'包括一些病毒基因,在胚胎发育的数天和数周内被循环再生了。问题是,它们在这个阶段要干什么?" Grow  和 Wysocka 开始倾注更多的努力去了解转位子是否以及怎样对人体基因的表达产生影响。试问,转位子在胚胎发育的特定时间上,或在特定的细胞里促进基因表达了吗?关键问题则是,在我们的基因厨房里,我们是不是当家作主的大厨?

Wysocka 最后说到:“人与病毒一直在进行着拉锯战,我们的祖先感染了像HERVK这样的病毒,是一种进化上的偶然。从自然选择法则来讲,无论这种感染的效果是正面或负面的,病毒显然是起了作用。我们相信,病毒在灵长类早期胚胎发育的过程中,可能发挥着细调的作用,甚至还对我们发展成独一无二的人类起了一定的作用。"

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