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激活人類基因中存在的內(nèi)源性逆轉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)失去了復制和感染的能力，但卻是我們基因構成的一個組成部分。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，人們強烈關注HERV與疾病的發(fā)生或進展之間存在的相關性。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的生物學功能和疾病關聯(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于HERV是疾病的原因還是后果的結論。
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，成功地證實了HERV激活對人類大腦發(fā)育的負面影響。
利用CRISPR技術，這些作者在人類胚胎干細胞中激活了一組特定的稱為HERV-K（HML-2） 的HERV，并讓這些干細胞產(chǎn)生了神經(jīng)元。HERV-K（HML-2）與神經(jīng)毒性有關，但對其作用或機制基礎沒有明確的認識。他們發(fā)現(xiàn)HERV-K（HML-2）的轉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)退行性相關基因。結果就是，皮層神經(jīng)元，即我們大腦皮層中的神經(jīng)細胞，*失去了功能。較高的HERV-K（HML-2）轉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的水平可以恢復皮層神經(jīng)元的分化。
這項研究指出HERV-K（HML-2）的轉錄激活對皮層神經(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，因此HERV激活對皮層神經(jīng)元發(fā)育的負面影響是一個重要的發(fā)現(xiàn)。人們已經(jīng)知道，病毒、細菌和紫外線等環(huán)境因素可以激活不同的HERV，從而有可能導致疾病的發(fā)生。這一知識反過來又使HERV在臨床應用中更有意義。關閉不同的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，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研究可能會發(fā)現(xiàn)HERV的新功能作用