病毒進(jìn)化竟是人類胚胎發(fā)育關(guān)鍵

科技日報北京1月24日電 （記者張夢然）所有動物的進(jìn)化都要?dú)w功于數(shù)億年前某些病毒感染了原始生物。病毒遺傳物質(zhì)被整合到第一個多細(xì)胞生物的基因組中，至今仍然存在于人類DNA中。在新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，西班牙國家癌癥研究中心科學(xué)家首次描述了這些病毒在對人類發(fā)育至關(guān)重要的生命過程中所發(fā)揮的作用。

該過程發(fā)生在受精后幾個小時：當(dāng)卵母細(xì)胞從兩個細(xì)胞變成四個細(xì)胞時，就具有多能性。在這一步之前，胚胎的兩個細(xì)胞都是全能的，即它可在一個獨(dú)立的生物體內(nèi)發(fā)育；下一階段的四個細(xì)胞不是全能的，而是多能的，因?yàn)樗鼈兛煞只缮眢w任何特殊組織的細(xì)胞。

來自“內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒”的遺傳物質(zhì)，被整合到生物體的基因組中，這些生物體或是寒武紀(jì)生物多樣性爆發(fā)的驅(qū)動因素。在過去的十年中，人們發(fā)現(xiàn)這些病毒的基因序列至少占人類基因組的8%—10%。這些病毒殘留物一度被認(rèn)為是垃圾DNA。然而，近年來科學(xué)家開始意識到這些與人類共同進(jìn)化了數(shù)百萬年的逆轉(zhuǎn)錄病毒具有重要功能，例如，調(diào)節(jié)基因。

新研究表明，一種MERVL內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒決定了胚胎發(fā)育的速度，特別是在從全能性向多能性轉(zhuǎn)變的特定步驟中。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新機(jī)制，可解釋內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒如何直接控制多能性因子。

這種新機(jī)制涉及URI基因。多年前人們發(fā)現(xiàn)，如果實(shí)驗(yàn)動物體內(nèi)的URI被刪除，胚胎甚至無法發(fā)育。新研究表明，URI的功能之一是使獲得多能性所必需的分子發(fā)揮作用。如果URI不發(fā)揮作用，多能性因子也不發(fā)揮作用。事實(shí)證明，一種內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白MERVL-gag，可調(diào)節(jié)URI的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，在全能期，當(dāng)卵母細(xì)胞中只有兩個細(xì)胞時，MERVL-gag病毒蛋白的表達(dá)量很高。這種蛋白質(zhì)與URI結(jié)合并阻止其發(fā)揮作用。然而，隨著MERVL-gag病毒蛋白的水平下降，URI開始發(fā)揮作用，從而呈現(xiàn)多能性。

這項(xiàng)新研究最關(guān)鍵之處在于，揭示了內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒與其宿主細(xì)胞的共生進(jìn)化，保證了早期胚胎發(fā)育的順利展開。換句話說，病毒蛋白、URI和多能性因子之間的三向關(guān)系得到了精細(xì)調(diào)節(jié)，以便胚胎有足夠的時間來調(diào)整，協(xié)調(diào)了胚胎發(fā)育過程中從全能性到多能性的平穩(wěn)過渡。也正是這一切，讓這部偉大的組織和器官細(xì)胞發(fā)育史更加規(guī)范。