一项研究表明，古代病毒感染遗留的DNA对胚胎发育至关重要。 （图片来源：fotograzia via Getty Images）
小鼠基因组中的一段病毒DNA使早期胚胎中的细胞具有分化成体内几乎任何细胞类型的潜力。
一项研究表明，古代病毒感染遗留的DNA对胚胎发育至关重要。 （图片来源：fotograzia via Getty Images）
最新研究表明，小鼠基因组中一段由古代病毒感染留下的DNA片段对子宫内的早期发育至关重要。
根据去年12月发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的这项研究，这种病毒DNA能够激活基因，使早期小鼠胚胎中的细胞具备分化成体内几乎任何细胞类型的潜能。这种病毒DNA——被称为MERVL——本身会被一种名为“Dux转录因子”的蛋白质激活，该蛋白质会与病毒DNA序列结合，从而启动胚胎发育。
虽然Dux蛋白在子宫内发挥着重要作用，但如果其活性持续时间过长，就会杀死细胞。人类版本的Dux蛋白，称为DUX4，由于其基因序列的异常，会导致其在肌肉细胞中过度活跃，从而引发进行性肌肉萎缩症。这种遗传性疾病被称为面肩肱型肌营养不良症（FSHD），目前尚无治愈方法。
这项新研究不仅揭示了MERVL和Dux在子宫内的作用，还详细阐述了这些基因在日后生活中可能产生的有害影响。鲁汶大学（KU Leuven）的博士后研究员谢里夫·霍迪尔（Sherif Khodeer）表示，这是一项“重要的研究”。霍迪尔主要研究干细胞和发育生物学，但他并未参与这项研究。
英国医学研究委员会医学科学实验室的研究人员利用一种名为 CRISPR 激活（CRISPRa）的基因编辑工具，揭示了 Dux 和 MERVL 之间的密切关系。与传统的CRISPR 技术（通过切割 DNA 来改变其编码）不同，CRISPRa 能够在不改变 DNA 序列的情况下增强特定基因的活性。
研究团队利用 CRISPRa 技术分别激活小鼠胚胎干细胞中的 Dux 或 MERVL 基因。这使得研究人员能够探究每个因子如何影响早期胚胎发育。
当研究人员仅激活MERVL时，干细胞表现出“全能性”，即分化成任何细胞类型的能力——这是早期胚胎的一个重要特征。但研究人员发现，这些细胞缺少一些关键特征。这表明，虽然MERVL在小鼠早期胚胎发育中发挥着重要作用，但Dux也是必需的。
另一方面，单独激活Dux则产生了更接近天然早期胚胎细胞的细胞。因此，研究人员认为Dux能够独立于MERVL激活胚胎发育所需的基因。
由于Dux和MERVL在胚胎发育早期阶段密切相关，科学家们此前怀疑MERVL也可能在Dux日后造成的有害影响中发挥作用。但这项新研究表明事实并非如此。
研究人员通过观察Dux对含有和不含NOXA基因的干细胞的影响，来测试Dux如何造成细胞损伤。NOXA基因已知参与由多种应激因素引发的细胞死亡。他们发现Dux会激活NOXA基因，从而产生一种触发细胞死亡的蛋白质。当研究团队去除NOXA基因后，Dux造成的损害显著降低。这表明，导致毒性的罪魁祸首是NOXA基因，而非MERVL。
潜在的治疗靶点
研究作者认为，已知NOXA在FSHD（一种人类肌肉萎缩疾病）患者体内水平升高。他们推测，开发一种抑制NOXA的药物可能有助于预防该疾病中的细胞死亡，从而提高肌肉细胞的存活率。
“面肩肱型肌营养不良症是一种复杂的疾病，”该研究的资深作者、医学研究委员会医学科学实验室染色质和发育小组负责人米歇尔·珀查德在一份声明中说。
她解释说：“尽管患者的所有细胞都发生了导致疾病的基因改变，但只有一部分细胞会激活DUX4。了解是什么触发了肌肉细胞中DUX4的激活，以及这种激活与早期发育阶段的激活有何不同，是我们希望在未来研究中探索的关键问题。”
Khodeer表示，比较小鼠Dux和人类DUX4的功能“很有价值”，并补充说，未来的研究还应该探索MERVL如何精确控制附近的基因，以及MERVL在小鼠胚胎发育过程中何时以及如何被关闭。
至关重要的是，霍迪尔指出，MERVL并不存在于人类基因组中。但科学家们怀疑，人类基因组的某些部分可能与MERVL等效。与小鼠的情况类似，这些DNA片段是远古病毒感染遗留下来的。
霍迪尔表示，这些新发现引发了几个问题。例如，人类早期胚胎的发育机制是否与小鼠相同？人类体内哪些古老的病毒DNA片段可能在发育早期阶段发挥类似于MERVL的作用？他在给Live Science的一封电子邮件中写道：“解答这些问题或许能够阐明物种间早期发育调控的差异。”
一项研究表明，古代病毒感染遗留的DNA对胚胎发育至关重要。 （图片来源：fotograzia via Getty Images）
小鼠基因组中的一段病毒DNA使早期胚胎中的细胞具有分化成体内几乎任何细胞类型的潜力。
一项研究表明，古代病毒感染遗留的DNA对胚胎发育至关重要。 （图片来源：fotograzia via Getty Images）
最新研究表明，小鼠基因组中一段由古代病毒感染留下的DNA片段对子宫内的早期发育至关重要。
根据去年12月发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的这项研究，这种病毒DNA能够激活基因，使早期小鼠胚胎中的细胞具备分化成体内几乎任何细胞类型的潜能。这种病毒DNA——被称为MERVL——本身会被一种名为“Dux转录因子”的蛋白质激活，该蛋白质会与病毒DNA序列结合，从而启动胚胎发育。
虽然Dux蛋白在子宫内发挥着重要作用，但如果其活性持续时间过长，就会杀死细胞。人类版本的Dux蛋白，称为DUX4，由于其基因序列的异常，会导致其在肌肉细胞中过度活跃，从而引发进行性肌肉萎缩症。这种遗传性疾病被称为面肩肱型肌营养不良症（FSHD），目前尚无治愈方法。
这项新研究不仅揭示了MERVL和Dux在子宫内的作用，还详细阐述了这些基因在日后生活中可能产生的有害影响。鲁汶大学（KU Leuven）的博士后研究员谢里夫·霍迪尔（Sherif Khodeer）表示，这是一项“重要的研究”。霍迪尔主要研究干细胞和发育生物学，但他并未参与这项研究。
英国医学研究委员会医学科学实验室的研究人员利用一种名为 CRISPR 激活（CRISPRa）的基因编辑工具，揭示了 Dux 和 MERVL 之间的密切关系。与传统的CRISPR 技术（通过切割 DNA 来改变其编码）不同，CRISPRa 能够在不改变 DNA 序列的情况下增强特定基因的活性。
研究团队利用 CRISPRa 技术分别激活小鼠胚胎干细胞中的 Dux 或 MERVL 基因。这使得研究人员能够探究每个因子如何影响早期胚胎发育。
当研究人员仅激活MERVL时，干细胞表现出“全能性”，即分化成任何细胞类型的能力——这是早期胚胎的一个重要特征。但研究人员发现，这些细胞缺少一些关键特征。这表明，虽然MERVL在小鼠早期胚胎发育中发挥着重要作用，但Dux也是必需的。
另一方面，单独激活Dux则产生了更接近天然早期胚胎细胞的细胞。因此，研究人员认为Dux能够独立于MERVL激活胚胎发育所需的基因。
由于Dux和MERVL在胚胎发育早期阶段密切相关，科学家们此前怀疑MERVL也可能在Dux日后造成的有害影响中发挥作用。但这项新研究表明事实并非如此。
研究人员通过观察Dux对含有和不含NOXA基因的干细胞的影响，来测试Dux如何造成细胞损伤。NOXA基因已知参与由多种应激因素引发的细胞死亡。他们发现Dux会激活NOXA基因，从而产生一种触发细胞死亡的蛋白质。当研究团队去除NOXA基因后，Dux造成的损害显著降低。这表明，导致毒性的罪魁祸首是NOXA基因，而非MERVL。
潜在的治疗靶点
研究作者认为，已知NOXA在FSHD（一种人类肌肉萎缩疾病）患者体内水平升高。他们推测，开发一种抑制NOXA的药物可能有助于预防该疾病中的细胞死亡，从而提高肌肉细胞的存活率。
“面肩肱型肌营养不良症是一种复杂的疾病，”该研究的资深作者、医学研究委员会医学科学实验室染色质和发育小组负责人米歇尔·珀查德在一份声明中说。
她解释说：“尽管患者的所有细胞都发生了导致疾病的基因改变，但只有一部分细胞会激活DUX4。了解是什么触发了肌肉细胞中DUX4的激活，以及这种激活与早期发育阶段的激活有何不同，是我们希望在未来研究中探索的关键问题。”
Khodeer表示，比较小鼠Dux和人类DUX4的功能“很有价值”，并补充说，未来的研究还应该探索MERVL如何精确控制附近的基因，以及MERVL在小鼠胚胎发育过程中何时以及如何被关闭。
至关重要的是，霍迪尔指出，MERVL并不存在于人类基因组中。但科学家们怀疑，人类基因组的某些部分可能与MERVL等效。与小鼠的情况类似，这些DNA片段是远古病毒感染遗留下来的。
霍迪尔表示，这些新发现引发了几个问题。例如，人类早期胚胎的发育机制是否与小鼠相同？人类体内哪些古老的病毒DNA片段可能在发育早期阶段发挥类似于MERVL的作用？他在给Live Science的一封电子邮件中写道：“解答这些问题或许能够阐明物种间早期发育调控的差异。”
