Новітні дослідження, опубліковані в журналі Nature, виявили неочікувану роль фрагментів вірусної ДНК, відомих як ендогенні ретровіруси людини (HERVs), у ранньому розвитку людських ембріонів. Ці елементи, що становлять близько 8,9% людського геному, є залишками давніх ретровірусів, які колись інфікували наших предків і згодом інтегрувалися в нашу ДНК, передаючись з покоління в покоління.
Дослідження, очолюване докторкою Ракель Фуео з лабораторії професорки Джоанни Висоцької в Стенфордському університеті, зосередилося на специфічному типі HERVs – LTR5Hs. Ці вірусні елементи зберігають регуляторну активність на ранніх стадіях ембріогенезу. Використовуючи тривимірні моделі, створені зі стовбурових клітин (бластоїди), вчені за допомогою методів редагування генів дослідили вплив LTR5Hs. Результати показали, що надмірне пригнічення цих елементів перешкоджало належному формуванню бластоїдів, тоді як помірне обмеження дозволяло частковий розвиток. Це свідчить про те, що вірусні фрагменти функціонують як енхансери, регулюючи сусідні гени, критично важливі для розвитку епібласту – шару клітин, з якого формується сам ембріон.
Зокрема, унікальний для людини елемент LTR5Hs посилює експресію гена ZNF729, який відповідає за базові клітинні функції, такі як проліферація та метаболізм. Видалення цього вірусного елемента в стовбурових клітинах унеможливило створення бластоїдів. Ці відкриття спонукають до подальших досліджень щодо ролі вірусних механізмів не тільки на ранніх стадіях, але й у формуванні інших тканин, розвитку патологій та навіть у питаннях людської фертильності.
Дослідження також показали, що ці давні вірусні послідовності, які раніше вважалися «сміттєвою» ДНК, активуються незабаром після запліднення у різних ссавців, включаючи мишей, корів, свиней, кроликів та макак-резусів. Ця активація може впливати на спеціалізацію клітин та формування тканин, що є ключовим аспектом пластичності ембріональних клітин. Вчені виявили, що LTR5Hs, специфічні для людини, діють як підсилювачі, контролюючи експресію сотень генів у людських ембріональних ракових клітинах. Ці елементи переважно експресуються в ранніх людських бластоцистах порівняно з макаками-резусами, у яких відсутні вставки LTR5Hs, що вказує на роль нещодавньої ендогенізації HERVK у встановленні унікальних патернів експресії генів у людини та людиноподібних мавп.
Докторка Фуео, яка отримала визнання завдяки стипендії EMBO Foundation та гранту від Cancer Research Institute, продовжує свою роботу, прагнучи глибше зрозуміти взаємодію між трансспонованими елементами та клітинною біологією в ембріогенезі та онкології.