Недавние исследования, опубликованные в журнале Nature, проливают свет на удивительную роль, которую играют фрагменты древней вирусной ДНК в развитии человеческого эмбриона. Эти элементы, известные как эндогенные ретровирусы человека (HERV), составляют около 8,9% нашего генома, являясь наследием вирусов, которые когда-то инфицировали наших предков и интегрировались в нашу ДНК миллионы лет назад.
Исследование, проведенное в лаборатории профессора Джоанны Высоцкой в Стэнфордском университете под руководством доктора Ракель Фуэйо, сосредоточилось на специфическом типе HERV, называемом LTR5Hs. Эти вирусные элементы сохраняют регуляторную активность на ранних стадиях эмбрионального развития. Используя трехмерные модели ранних эмбрионов, полученные из стволовых клеток (бластоиды), ученые смогли манипулировать активностью LTR5Hs. Результаты показали, что чрезмерное подавление этих элементов препятствует правильному формированию бластоидов, в то время как умеренное подавление позволяет частичное развитие. Это указывает на то, что вирусные фрагменты действуют как усилители, регулируя гены, необходимые для развития эпибласта — слоя, из которого формируется сам эмбрион.
Один из таких уникальных элементов, обнаруженный в человеческом геноме, усиливает экспрессию гена ZNF729, который участвует в основных клеточных функциях, таких как пролиферация и метаболизм. Удаление этого вирусного элемента в стволовых клетках привело к невозможности генерации бластоидов. Это открытие подчеркивает важность вирусных элементов в регуляции генов и предполагает, что они могут быть терапевтическими мишенями для лечения различных заболеваний.
Исследования также показали, что эти древние вирусные последовательности, которые ранее считались «мусорной» ДНК, активируются вскоре после оплодотворения у различных млекопитающих, включая мышей, коров, свиней, кроликов и макак-резусов. Эта активация может влиять на специализацию клеток и формирование тканей, что является ключевым аспектом пластичности эмбриональных клеток. Ученые обнаружили, что LTR5Hs, специфичные для человека, действуют как усилители, контролируя экспрессию сотен генов в человеческих эмбриональных раковых клетках. Эти элементы предпочтительно экспрессируются в ранних человеческих бластоцистах по сравнению с макаками-резусами, у которых отсутствуют вставки LTR5Hs, что указывает на роль недавней эндогенизации HERVK в установлении уникальных паттернов экспрессии генов у человека и человекообразных обезьян.
Доктор Фуэйо, получившая стипендию Фонда EMBO и грант Института исследования рака, продолжает свои исследования в этой области, стремясь понять взаимодействие между транспозонами и клеточной биологией в эмбриогенезе и раке. Дальнейшие исследования необходимы для изучения роли этих вирусных механизмов на более поздних стадиях развития, в формировании других тканей, при патологиях развития и даже при нарушениях фертильности человека. Также будет важно изучить генетические вариации этих вирусных элементов среди популяций и их возможную связь с репродуктивными расстройствами. Это исследование открывает новые горизонты в понимании того, как древние вирусные элементы, интегрированные в наш геном, стали неотъемлемой частью нашего развития, предлагая новые перспективы для медицины и регенеративной биологии.