Wirus sprzed milionów lat był niezbędny dla rozwoju ludzkiego embrionu

Co najmniej 8 proc. ludzkiego genomu to materiał genetyczny pochodzenia wirusowego. Naukowcy z Hiszpanii opisali znaczenie DNA jednego z wirusów dla kluczowego procesu w rozwoju człowieka – rozwoju ludzkiego embrionu.

Wirus przed milionów lat – dlaczego był potrzebny?

.Do niedawna materiał genetyczny pochodzenia wirusowego uważano za tzw. śmieciowe DNA, jednak obecnie wiadomo już, że jego rola w rozwoju człowieka jest ogromna – jest niezbędne dla zainicjowania procesu, który następuje kilka godzin po zapłodnieniu, kiedy komórki zarodka zaczynają się różnicować.

Naukowcy z Hiszpańskiego Krajowego Centrum Badań nad Rakiem jako pierwsi na świecie opisali znaczenie wirusowego DNA dla kluczowego procesu w rozwoju człowieka, jakim jest nabycie przez komórki zarodka pluripotencji, czyli zdolność do różnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych. Ich odkrycie, opisane na łamach „Science Advances” może stanowić przełom w medycynie regeneracyjnej i tworzeniu sztucznych embrionów.

Ewolucja zwierząt stała się możliwa dzięki temu, że setki milionów lat temu wirusy zainfekowały prymitywne organizmy wielokomórkowe. Ich materiał genetyczny wbudował się w genom gospodarzy i utrwalił tam na zawsze. Do dziś znajduje się nawet w naszym – ludzkim – DNA. Jednak dopiero teraz hiszpańscy naukowcy wyjaśnili, jakie było jego faktyczne znaczenie i co sprawiło, że stał się niezbędny dla kluczowego etapu rozwoju zwierzęcych embrionów.

W rozwoju embrionalnym człowieka już w kilka godzin po zapłodnieniu dochodzi do pierwszego podziału zygoty, czyli komórki powstałej w wyniku połączenia gamety męskiej i żeńskiej. W efekcie tworzą się dwie komórki potomne, które są totipotencjalne, co oznacza, że mają zdolność do różnicowania się w dowolny rodzaj komórek i mogą stworzyć cały organizm. Kolejny podział zygoty prowadzi do powstania czterech komórek, które nie są już toti-, a pluripotencjalne – mogą różnicować się w komórki dowolnej wyspecjalizowanej tkanki ciała.

I właśnie w tym etapie rozwoju – przejściu z toti- do pluripotencji – uczestniczy pradawne DNA wirusowe.

Materiał genetyczny tzw. endogennych retrowirusów zintegrował się z genomami organizmów zwierzęcych ponad 500 milionów lat temu. W ciągu ostatniej dekady odkryto, że sekwencje takie stanowią co najmniej 8–10 proc. ludzkiego genomu.

„Do niedawna uważano je za tzw. śmieciowe DNA, czyli takie, które nie pełni żadnych funkcji, a nawet może być szkodliwe – wyjaśnia jeden z autorów publikacji Sergio De la Rosa. – Intuicyjnie sądzono, że wbudowany w genom wirus nie może oznaczać niczego dobrego. Jednak w ostatnich latach zaczynamy zdawać sobie sprawę, że te retrowirusowe sekwencje, które ewoluowały wraz z nami na przestrzeni milionów lat, sprawują bardzo ważne role, np. regulują inne geny”.

Jednym z endogennych retrowirusów badanych przez naukowców z Hiszpanii był MERVL. W toku analiz ustalono, że wyznacza on tempo rozwoju zarodka, szczególnie na etapie przejścia od totipotencji do pluripotencji, i reguluje odpowiadający za ten proces mechanizm.

„To zupełnie nieznana dotąd rola endogennych retrowirusów – mówi współautor badania Nabil Djouder. – Odkryliśmy mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób endogenny retrowirus bezpośrednio kontroluje czynniki pluripotencji”.

Wyniki badań naukowców

.Okazało się, że ten nowy mechanizm obejmuje m.in. gen kodujący białko URI. Już wiele lat temu odkryto, że usunięcie go z genomu zwierząt laboratoryjnych powoduje, iż zarodki w ogóle nie mogą się rozwijać, gdyż jedną z funkcji URI jest umożliwienie działania molekułom niezbędnym do uzyskania pluripotencji; jeśli URI nie działa, nie działają też czynniki pluripotencji i komórka pozostaje w stanie totipotencji.

Teraz De la Rosa i Djouder wykazali, w jaki sposób URI i materiał genetyczny endogennego retrowirusa MERVL łączą się ze sobą. Okazało się, że to właśnie sekwencja retrowirusowa, kodująca białko MERVL-gag, moduluje działanie URI.

Naukowcy odkryli, że w fazie totipotencji, kiedy zygota składa się z zaledwie dwóch komórek, ekspresja białka wirusowego MERVL-gag jest wysoka. Białko to wiąże się wówczas z URI i hamuje jego działania. Jednakże z czasem poziom MERVL-gag spada, w skutek czego URI może zacząć działać i pojawia się pluripotencja.

„Jest to płynne przejście – wyjaśnia De la Rosa. – Kiedy mamy wysoką ekspresję białka wirusowego, występuje mniej czynników pluripotencji, a gdy ekspresja ta maleje, URI stabilizuje te czynniki”.

„Nasze odkrycia ujawniają istnienie symbiotycznej koewolucji endogennych retrowirusów z komórkami ich gospodarzy, która gwarantuje płynny i terminowy postęp wczesnego rozwoju embrionalnego” – podkreślają autorzy w „Science Advances”.

Zaznaczają, że trójstronna zależność między białkiem kodowanym przez sekwencje wirusowe, URI i czynnikami pluripotencji jest bardzo precyzyjnie modulowana, „aby zapewnić embrionowi wystarczającą ilość czasu na dostosowanie się i koordynację płynnego przejścia od totipotencji do pluripotencji oraz specyfikacji linii komórkowej podczas rozwoju embrionalnego”.

Niebezpieczny świat bakterii

.Przez ostatnich kilkadziesiąt lat ludzkość przyzwyczaiła się do myśli, że bakterie przestały nam zagrażać. Niemal każdy ma świadomość, że dysponujemy antybiotykami (gr. anti – przeciw, bios – życie) zabijającymi wszelkie żywe mikro-zło. Niektórzy czują obawę przed wirusami, o których częściej słychać w mediach. Zwłaszcza gdy pojawiają się nowe, śmiercionośne odmiany. Chociaż z drugiej strony – od czego mamy leki przeciwwirusowe i szczepionki…?„ – pisze na łamach „Wszystko co Najważniejsze” Sylwia Borska. 

W tekście zatytułowanym „Oporność bakterii na antybiotyki – długo lekceważone pole minowe współczesnej medycyny” autorka zaznacza, że „wielu ludzi żyje w błogiej nieświadomości, nie przypuszczając nawet, że być może bardziej niż deszcz gigantycznych meteorytów zagraża nam inny koniec świata ludzi – atak śmiercionośnych mikrobów”.

PAP/ Katarzyna Czechowicz/ Wszystko co Najważniejsze/ LW