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激活人類基因中存在的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒會危害大腦正常發(fā)育

最近更新時間:2021-6-23

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自從我們的祖先在數(shù)百萬年前感染了逆轉(zhuǎn)錄病毒以來,我們的基因中一直攜帶著這些病毒的成分,即人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(human endogenous retrovirus, HERV)。這些病毒成分在進化過程中已經(jīng)失去了復(fù)制和感染的能力,但卻是我們基因構(gòu)成的一個組成部分。事實上,人類在非編碼部分擁有的HERV比編碼基因多五倍。

到目前為止,人們強烈關(guān)注HERV與疾病的發(fā)生或進展之間存在的相關(guān)性。這就是為什么HERV的表達在病理來源的樣本中受到研究。雖然得到大量研究,但是HERV的生物學(xué)功能和疾病關(guān)聯(lián)性在很大程度上是難以捉摸的。比如,之前的研究并沒有提供關(guān)于HERV是疾病的原因還是后果的結(jié)論。

如今,在一項新的研究中,來自德國和美國的研究人員利用讓人們能夠更深入了解HERV的作用機制及其功能的新技術(shù),成功地證實了HERV激活對人類大腦發(fā)育的負(fù)面影響。

利用CRISPR技術(shù),這些作者在人類胚胎干細(xì)胞中激活了一組特定的稱為HERV-K(HML-2) 的HERV,并讓這些干細(xì)胞產(chǎn)生了神經(jīng)元。HERV-K(HML-2)與神經(jīng)毒性有關(guān),但對其作用或機制基礎(chǔ)沒有明確的認(rèn)識。他們發(fā)現(xiàn)HERV-K(HML-2)的轉(zhuǎn)錄激活會高度激活參與大腦發(fā)育的NTRK3基因和其他神經(jīng)退行性相關(guān)基因。結(jié)果就是,皮層神經(jīng)元,即我們大腦皮層中的神經(jīng)細(xì)胞,*失去了功能。較高的HERV-K(HML-2)轉(zhuǎn)錄改變了前腦類器官中的皮層形成。它們的發(fā)育與這個大腦區(qū)域的健康神經(jīng)元非常不同---軸突(神經(jīng)細(xì)胞的延伸)短得多,分枝少得多。因此,HERV-K(HML-2)的激活會損害皮層神經(jīng)元的發(fā)育,并最終影響大腦的發(fā)育。

這些作者還發(fā)現(xiàn)NTRK3的直接激活在表型上與HERV-K(HML-2)激活相似,在HERV-K(HML-2)激活的背景下降低NTRK3的水平可以恢復(fù)皮層神經(jīng)元的分化。

這項研究指出HERV-K(HML-2)的轉(zhuǎn)錄激活對皮層神經(jīng)元的發(fā)育和功能是不利的,但是這種影響是細(xì)胞類型*的,因為多巴胺能神經(jīng)元不受影響。


HERV-K(HML-2)的激活導(dǎo)致大腦皮層發(fā)育受損機制

由于神經(jīng)退行性疾病往往與幾組HERV的激活有關(guān),因此HERV激活對皮層神經(jīng)元發(fā)育的負(fù)面影響是一個重要的發(fā)現(xiàn)。人們已經(jīng)知道,病毒、細(xì)菌和紫外線等環(huán)境因素可以激活不同的HERV,從而有可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生。這一知識反過來又使HERV在臨床應(yīng)用中更有意義。關(guān)閉不同的HERV可以為治療神經(jīng)退行性疾病患者開辟一個新的研究領(lǐng)域。接著,這些作者將在疾病背景下研究HERV失活對神經(jīng)元的影響。

此外,這些研究結(jié)果提供了重要的跡象,表明表觀遺傳機制使得HERV在健康的大腦發(fā)育中得到控制。這些作者甚至猜測遭受控制的HERV在正常的大腦發(fā)育中具有功能性作用。他們指出,人類攜帶HERV大約有4000到7000萬年了,并猜測它們的存在與人類的自然過程有關(guān),否則人類就不會在進化過程中保留它們這么久。在這個方向的進一步基礎(chǔ)研究可能會發(fā)現(xiàn)HERV的新功能作用

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