Science Advances：首次描述数亿年前感染的病毒在胚胎发育过程中扮演的角色

至少8%的人类基因组是来自病毒的遗传物质。直到最近，它还被认为是“垃圾DNA”，但它在人类发育中的作用现在被认为是必不可少的。西班牙国家癌症研究中心(CNIO)的研究人员首次描述了这些病毒在发育的一个关键过程中的作用，当细胞在受精后几个小时变成多能性的时候

　　

• 至少8%的人类基因组是来自病毒的遗传物质。直到最近，它还被认为是“垃圾DNA”，但它在人类发育中的作用现在被认为是必不可少的

• 西班牙国家癌症研究中心(CNIO)的研究人员首次描述了这些病毒在细胞发育的一个关键过程中的作用，即细胞在受精后几个小时变成多能性

• 这一发现与再生医学和人造胚胎的创造有关

所有动物的进化都要归功于数亿年前某些病毒感染了原始生物。病毒遗传物质被整合到第一批多细胞生物的基因组中，至今仍存在于我们的DNA中。

西班牙国家癌症研究中心(CNIO)的研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上首次描述了这些病毒在一个对我们的发育至关重要的过程中所扮演的角色，这个过程发生在受精后的几个小时：向多能性的转变，即卵母细胞从两个细胞转变为四个细胞。

在这一步之前，胚胎的两个细胞中的每一个都是全能性的，也就是说，它可以在一个独立的有机体中发育;下一阶段的四个细胞不是全能的，而是多能的，因为它们可以分化成身体任何特殊组织的细胞。

第一作者Sergio de la Rosa和资深作者Nabil Djouder认为，这一发现与再生医学领域和人造胚胎的创造相关，因为它开辟了一种在全能性阶段产生稳定细胞系的新方法。Djouder领导着CNIO的生长因子、营养和癌症小组。

我们有8%的逆转录病毒

在5亿多年前的寒武纪大爆发时期，世界海洋生物多样性蓬勃发展，来自现在所谓的 "内源性逆转录病毒 "的遗传物质被整合到生物基因组中，这些生物可能是寒武纪大爆发的推动者。在过去十年中，人们发现这些病毒的基因序列至少占人类基因组的 8-10%。

“直到最近，这些病毒残留物还被认为是‘垃圾DNA’，是无法使用甚至有害的遗传物质，直觉上，人们认为基因组中有病毒不可能是好事。然而，近年来，我们开始意识到这些与我们共同进化了数百万年的逆转录病毒具有重要的功能，例如调节其他基因。这是一个非常活跃的研究领域。”De la Rosa解释说。

从全能性到多能性的转变，是一个速度问题

发表在《科学进展》上的这项研究表明，MERVL内源性逆转录病毒决定了胚胎发育的速度，特别是在从全能性向多能性过渡的特定步骤中，并解释了这一过程的机制。

“这是内源性逆转录病毒的一个全新角色，”Djouder说。“我们发现了一种解释内源性逆转录病毒如何直接控制多能性因子的新机制。”

这种新的作用机制涉及URI，这是Djouder的团队正在深入研究的一种基因。几年前，人们发现，如果在实验动物中删除URI，胚胎甚至无法发育。Djouder想找出原因，这就是它与MERVL逆转录病毒的联系是如何被发现的。

平稳过渡

结果表明，URI的功能之一是使获得多能性所必需的分子发挥作用;如果URI不起作用，多能性因子也不起作用，细胞就会保持全能性状态。这是一种内源性逆转录病毒蛋白MERVL-gag，它调节URI的作用。

研究人员发现，在卵母细胞中只有两个细胞的全能性阶段，MERVL-gag病毒蛋白的表达量很高;这种蛋白质与URI结合并阻止它起作用。但其水平逐渐发生变化，使MERVL-gag病毒蛋白水平下降，URI开始发挥作用:多能性出现。

正如De la Rosa解释的那样，“这是一个平稳的过渡。当病毒蛋白高表达时，多能性因子较少;随着ERV表达的减少，URI稳定了这些因子”。

共生进化

“我们的发现揭示了内源性逆转录病毒与其宿主细胞的共生共同进化，以保证早期胚胎发育的顺利和及时进行。”

换句话说，病毒蛋白、URI和多能性因子之间的三方关系得到了精细的调节，“在胚胎发育过程中，胚胎有足够的时间调整和协调从全能性到多能性和细胞谱系规范的平稳过渡，”Djouder总结道。