Kluczowe wnioski: Przełomowe badania pokazują, że pozostałości starożytnych infekcji wirusowych osadzone w genomie myszy są niezbędne na najwcześniejszych etapach rozwoju embrionalnego. Ten wirusowy DNA, znany jako MERVL, działa w połączeniu z białkiem o nazwie Dux, aby aktywować geny, które pozwalają komórkom stać się czymkolwiek w organizmie. Badanie rzuca również światło na to, dlaczego ten sam mechanizm, jeśli nie zostanie odpowiednio kontrolowany, może powodować poważne choroby mięśni.
Rola wirusowego DNA w rozwoju
Przez dziesięciolecia naukowcy zastanawiali się nad „śmieciowym DNA” – fragmentami genomu, które nie pełnią żadnej oczywistej funkcji. Coraz częściej jednak obszary te nie okazują się wcale bezużyteczne. U myszy region DNA pochodzący ze starożytnych infekcji retrowirusowych (MERVL) jest obecnie uznawany za krytyczny dla wczesnego rozwoju embrionalnego. Po aktywacji przez czynnik transkrypcyjny Dux, MERVL włącza geny, które dają komórkom zdolność do przekształcania się w dowolny typ komórek, co jest właściwością zwaną totipotencją. Jest to niezwykle ważne dla powstania pełnoprawnego organizmu z jednego zapłodnionego jaja.
Jednak proces ten musi być szczegółowo regulowany. Długotrwała aktywacja Dux prowadzi do śmierci komórek, co odzwierciedla patologię dystrofii twarzowo-łopatkowo-ramiennej (FSHD) u ludzi, wyniszczającej choroby mięśni, która powstaje, gdy podobne białko, DUX4, pozostaje aktywne zbyt długo. Badanie jest ważne, ponieważ wyjaśnia, jak działają te pozornie sprzeczne role wirusowego DNA i Dux.
CRISPR ujawnia mechanizm
Aby odkryć związek między Dux i MERVL, badacze wykorzystali aktywację CRISPR (CRISPRa) – technikę edycji genów, która zwiększa aktywność genów bez zmiany podstawowej sekwencji DNA. Selektywnie aktywując każdy czynnik w embrionalnych komórkach macierzystych myszy, odkryli, że choć sam MERVL zapewnia komórkom totipotencję, brakuje mu kluczowych cech rozwojowych. Jednakże sam Dux tworzy komórki, które bardzo przypominają naturalne wczesne komórki embrionalne, co sugeruje, że uruchamia początkową kaskadę rozwojową.
Dalsze badania wykazały, że Dux powoduje śmierć komórek poprzez aktywację genu NOXA, który wytwarza białko zabijające komórki. Usunięcie NOXA znacznie zmniejszyło szkody spowodowane przez Dux. To odkrycie jest znaczące: MERVL nie przyczynia się bezpośrednio do toksyczności obserwowanej w chorobach mięśni. Zamiast tego głównym winowajcą jest NOXA.
Implikacje terapeutyczne
Biorąc pod uwagę, że w FSHD poziom NOXA jest podwyższony, badanie sugeruje, że hamowanie tego białka może zapobiec śmierci komórek mięśniowych i potencjalnie leczyć chorobę. Starsza autorka Michelle Perchard zauważa, że FSHD jest złożone: tylko podzbiór komórek aktywuje DUX4, nawet jeśli wszystkie komórki są nosicielami zmiany genetycznej. Zrozumienie, dlaczego tak się dzieje, ma kluczowe znaczenie dla przyszłych badań.
Pytania otwarte i znaczenie ludzkie
Warto zauważyć, że MERVL jest nieobecny w ludzkim genomie. Naukowcy podejrzewają jednak, że inne odcinki starożytnego wirusowego DNA u ludzi mogą pełnić podobne funkcje na wczesnym etapie rozwoju. Nie wiadomo, czy ludzkie embriony korzystają z tych samych mechanizmów, co myszy.
Naukowcy planują teraz zbadać, w jaki sposób MERVL kontroluje sąsiednie geny i kiedy jest dezaktywowany podczas rozwoju embrionalnego myszy. Cenne będzie także porównanie mysiego Duxa i ludzkiego DUX4. Odpowiedzi na te pytania mogą wyjaśnić specyficzne gatunkowo różnice w regulacji wczesnego rozwoju.
To badanie podkreśla, że to, co kiedyś uważano za „śmieciowe DNA”, jest w rzeczywistości istotnym elementem rozwoju embrionalnego. Zrozumienie tych starożytnych pozostałości wirusów może otworzyć drogę do nowych metod leczenia chorób genetycznych i pogłębić naszą wiedzę na temat najwcześniejszych etapów życia.
