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操控人类的病***

时间:2024-02-13 10:34:57  热度:0°C

然而在受精的数天之内,生长中的细胞团不仅激活了人类的基因,还有源自古老的感染而存留在人类基因组中的病***DNA。现在来自斯坦福大学医学院的研究人员发现,早期的人类细胞生成了病***蛋白,甚至塞满了装配的病***颗粒。

人类的受精卵一开始有可能看起来像是一张白板。然而在受精的数天之内,生长中的细胞团不仅激活了人类的基因,还有源自古老的感染而存留在人类基因组中的病***DNA。

现在来自斯坦福大学医学院的研究人员发现,早期的人类细胞生成了病***蛋白,甚至塞满了装配的病***颗粒。这些病***蛋白可以操控人类发育的一些最早期的步骤,影响基因表达并甚至有可能保护了细胞免受进一步的病***感染(延伸阅读:病***DNA在人类基因组中有大作用)。

这一研究发现由此向我们提出了一些问题,在人类胚胎发育过程中到底谁是真正的幕后操纵者?

发育生物学、化学以及系统生物学副教授JoannaWysocka博士说:“这听起来很有趣又有点吓人。我们发现,在近期的进化过程中侵入到人类基因组中的一种特殊的病***在人类胚胎早期发育过程中又再度活化,导致了一些病***样的颗粒和蛋白存在于人类细胞中。”

他们的研究论文发表在4月20日(2015年)的《自然》(Nature)杂志上。Wysocka是这篇文章的资深作者,研究生EdwardGrow是论文的主要作者。

胚胎中的病***颗粒

逆转录病***是一类可以将自身DNA***到宿主细胞基因组中以后再激活的病***。在这种潜藏模式下,病***等待时机,每次细胞***它都会利用细胞的DNA复制将自身传播到每一个感染细胞的后代细胞中。HIV就是一个众所周知的可以感染人类的逆转录病***例子。

当逆转录病***感染生殖细胞,或是在生殖细胞产生前感染极早期的胚胎时,病***DNA可以传递给后代。然而在进化过程中,这些病***基因组往往会发生突变并失活。大约8%的人类基因组就是由以往的感染遗留下的病***序列所构成。一种叫做HERVK的逆转录病***在相对近的时期——大约20万年内重复感染了人类。大多数HERVK基因组仍然待在我们的每个细胞中保持完整。

大多数的这些序列在成熟细胞中失活,但近期的研究表明它们可以在肿瘤细胞或人类胚胎干细胞中活跃起来。新加坡基因组研究所的研究人员在今年发表于2月CellStemCell杂志上的一项研究中,证实来自一种灵长类动物病***HERVH的序列也在早期人类发育中活化。

现在斯坦福大学的研究人员第一次证实了,在发育的人类胚胎中有大量的病***蛋白,电子显微镜图像显示这些蛋白装配成了病***颗粒。随后在体外培养的人类胚胎干细胞中开展研究,科学家们证实这些病***蛋白可以影响发育胚胎中的基因表达,并有可能保护了细胞免受其他病***的感染。

争斗还是共生?

目前还不清楚这一系列的事件是成千上万年来共存(一种进化共生)的结果,还是代表了人类和病***之间持续不断的争斗。

Grow说:“病***是通过在这些早期胚胎细胞中开启自己而自私地获益?还是胚胎转而强占了病***颗粒来保护自己?还是两者均有受益?这皆有可能,只是我们还没有真正的了解。”

论文的共同作者、斯坦福前妇产科学教授ReneeReijoPera博士说:“尽管仍有很多有待了解,但很清楚地是在妊娠的数天内两者的命运缠绕在了一起。我们人类的早期发育是独特的,依赖于近期进化历史中我们获得的一些基因和DNA序列。我们现在知道了,在生命的最初几天或数周内我们的 垃圾DNA’,包括一些病***基因为了发育而再度被利用。”

Grow和同事们发现,一些HERVK病***在3日或4日龄胚胎中转录成为了RNA。这种病***激活与胚胎中其他关键人类基因的激活同时发生。研究人员随后利用了电子显微镜观察了受精后5-6天内出现的人类囊胚中完整的病***颗粒是什么样子。

HERVK还编码了一种叫做Rec的病***蛋白,Rec与病***RNA转录物结合,护送转录物进入到细胞质核糖体处合成了蛋白质。

研究人员发现Rec不仅影响了病***基因的表达,还结合了许多由人类基因转录的RNA。Rec还调控了RNA与核糖体的互作。最终,存在于人类细胞中的Rec***了一种免疫反应,提高了人类表面结合蛋白IFITM1的量,后者可以保护细胞免受病***感染。

“一个潜在的有益策略”

Grow说:“在基因组进化领域存在长期的争论。为什么要在我们的基因组中保留如此多看似无用和重复的DNA?我们的结果表明一个实体的、与生理相关的表型——提高了抗病***免疫。这清楚地表明HERVK在胚胎中表达是一种潜在的有益策略。”

Wysocka说,虽然还没有直接的证据证实HERVK重激活为人类发育提供了一个选择性的优势,研究结果是非常吸引人的。

“观察到病***蛋白表达并以复杂的方式占用了细胞机器表明,要充分地了解错综复杂的早期人类发育,我们需要考虑一下这些基因入侵者的作用。”

Grow E J/ Flynn R A/ Chavez S L/ et al/ Intrinsic retroviral reactivation in human preimplantation embryos and pluripotent cells/[J]/ Nature/ 2015/ 522(7555)/

(来自/ 生物通 · 2015-04-23)

病***可操控人类免疫系统

刊登在 Nature 上的一篇研究报告中,来自Trinity生物医学研究所的研究者揭示,病***可以操控人类的免疫系统从而影响免疫效应。

这项研究测试了30种病***对于人类细胞的防御网络的效应,并且揭示了病***如何寻找避免免疫系统的方法,最终削减免疫效应。研究发现为研究者开发出特异的抗病***疗法以及新型药物提供了思路。

研究者收集了70种已知的调节免疫系统的病***基因,并且系统性地将这些基因***到人类细胞中,这些基因将会产生30种不同的病***,包括痘病***类、疱疹病***、流感病***和丙***病***。然后研究者使用质谱分析法来分析***基因所产生的病***蛋白所作用的人类蛋白质,运用生物信息学技术完全分析病***蛋白和人类蛋白的相互作用。最终研究者确证了一些新的病***-人类相互反应。

文章中的研究数据解释了病***可以以大范围的细胞过程为靶点,而且有些细胞过程具有抗病***的作用,这在以前并没有报道过。既然研究者发现了病***攻击细胞常见的和特殊的靶位,那么后期研究工作中,研究者将设计出抗病***疗法来针对特殊的病***以及广谱病***。

Pichlmair A/ Kandasamy K/ Alvisi G/ et al/ Viral immune modulators perturb the human molecular network by common and unique strategies/[J]/ Nature/ 2012/ 487(7408)/486-490/

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