Klíčová zjištění: Průlomový výzkum ukazuje, že pozůstatky starověkých virových infekcí vložené do myšího genomu jsou nezbytné pro nejranější fáze embryonálního vývoje. Tato virová DNA, známá jako MERVL, funguje v tandemu s proteinem zvaným Dux k aktivaci genů, které umožňují buňkám stát se čímkoli v těle. Studie také vrhá světlo na to, proč stejný mechanismus může způsobit vážné svalové onemocnění, pokud není kontrolován.
Role virové DNA ve vývoji
Po desetiletí si vědci lámali hlavu nad „nevyžádanou DNA“ – částmi genomu, které nemají žádnou zjevnou funkci. Stále více se však ukazuje, že tyto oblasti nejsou ani zdaleka zbytečné. U myší je nyní oblast DNA odvozená ze starých retrovirových infekcí (MERVL) považována za kritickou pro raný embryonální vývoj. Když je MERVL aktivován transkripčním faktorem Dux, zapíná geny, které dávají buňkám schopnost stát se jakýmkoli buněčným typem, což je vlastnost nazývaná totipotence. To je nesmírně důležité pro vznik plnohodnotného organismu z jednoho oplozeného vajíčka.
Tento proces však musí být pečlivě regulován. Prodloužená aktivace Dux vede k buněčné smrti, což odráží patologii facioskapulohumerální svalové dystrofie (FSHD) u lidí, vysilující svalové onemocnění způsobené tím, že podobný protein, DUX4, zůstává aktivní příliš dlouho. Studie je důležitá, protože objasňuje, jak tyto zdánlivě protichůdné role virové DNA a Dux fungují.
CRISPR odhaluje mechanismus
Vědci použili aktivaci CRISPR (CRISPRa), techniku úpravy genů, která zvyšuje aktivitu genu bez změny základní sekvence DNA, aby odhalili vztah mezi Dux a MERVL. Selektivní aktivací každého faktoru v myších embryonálních kmenových buňkách zjistili, že zatímco samotný MERVL dodává buňkám totipotenci, postrádá klíčové vývojové rysy. Samotný Dux však vytváří buňky, které se velmi podobají přirozeným raným embryonálním buňkám, což naznačuje, že spouští počáteční vývojovou kaskádu.
Další výzkum ukázal, že Dux způsobuje buněčnou smrt aktivací genu NOXA, který produkuje protein zabíjející buňky. Odstranění NOXA výrazně snížilo škody způsobené Duxem. Toto zjištění je významné: MERVL přímo nepřispívá k toxicitě pozorované u svalových onemocnění. Místo toho je hlavním viníkem NOXA.
Terapeutické důsledky
Vzhledem k tomu, že hladiny NOXA jsou u FSHD zvýšené, studie naznačuje, že inhibice tohoto proteinu by mohla zabránit smrti svalových buněk a potenciálně léčit onemocnění. Vedoucí autorka Michelle Perchard poznamenává, že FSHD je komplexní: pouze podskupina buněk aktivuje DUX4, i když všechny buňky nesou genetickou změnu. Pochopení, proč k tomu dochází, je zásadní pro budoucí výzkum.
Otevřené otázky a lidská důležitost
Je pozoruhodné, že MERVL chybí v lidském genomu. Vědci se však domnívají, že jiné části starověké virové DNA u lidí mohou sloužit podobným funkcím v raném vývoji. Není známo, zda lidská embrya používají stejné mechanismy jako myši.
Vědci nyní plánují studovat, jak MERVL kontroluje sousední geny a kdy je deaktivován během embryonálního vývoje myší. Cenné bude i srovnání myšího Dux a lidského DUX4. Odpovědi na tyto otázky mohou objasnit druhově specifické rozdíly v rané vývojové regulaci.
Tato studie zdůrazňuje, že to, co bylo kdysi považováno za „nevyžádanou DNA“, je ve skutečnosti životně důležitou součástí embryonálního vývoje. Pochopení těchto starých virových zbytků by mohlo otevřít nové způsoby léčby genetických onemocnění a prohloubit naše chápání nejranějších fází života.
