Прихована вірусна ДНК може контролювати ріст людського ембріона

ДНК людини містить фрагменти стародавнього вірусного коду, які раніше вважалися сміттям. Принаймні половина нашого генетичного матеріалу складається з цих дивних сегментів, які часто називають пересувними елементами, які колись були частиною генетичного матеріалу активних вірусів. Минулі покоління дослідників мало цікавили ці останки. Дехто думав, що вони нічого не роблять, окрім того, що засмічують наші геноми. Тепер нові відкриття свідчать про те, що вони можуть відігравати важливу роль у формуванні ембріонів одразу після запліднення.

Ембріони активують вірусну ДНК 

Сучасні дослідження показують, що ці елементи стають активними в ембріоні в його найраніші моменти. Це відкриття натякає на те, що вони можуть впливати на здатність ембріональних клітин перетворюватися на спеціалізовану тканину, властивість, відому як пластичність. Докази, отримані від мишей, спонукали до глибшого дослідження, але ніхто не знав, чи ця закономірність справедлива для інших ссавців. Вчені задавалися питанням, чи мають ці вірусні фрагменти подібну функцію в усіх видів, чи вони просто виконують спеціальні ролі в певних групах.

Роль вірусної ДНК у розвитку ембріона

Ці питання привернули увагу професора Марії-Олени Торрес-Паділла з Мюнхенського університету ім. Гельмгольца та Університету Людвіга-Максиміліана (LMU). Разом із колегами, включаючи співавтора дослідження доктора Марліс Оомен, професор Торрес-Паділла досліджував таємничу природу стародавньої вірусної ДНК у ранніх ембріонах. Замість того, щоб зосереджуватися на одному виді, вони вирішили розширити сферу свого дослідження та вивчити ембріони кількох різних ссавців. Цей підхід дозволив їм точно визначити стародавні вірусні фрагменти, які, здається, знову вмикаються, коли починається нове життя.

Неочікувана повторна експресія вірусу

Звіти показують, що вірусні послідовності, які колись вважалися вимерлими, можуть знову пробудитися на цих початкових стадіях розвитку. Ці вірусні нитки бувають багатьох різновидів, і кожен ссавець, здається, має свій власний унікальний набір, який спалахує. Команда покладалася на спеціальну техніку, яка фіксує зміни в окремих ембріонах. Цей метод може виявити, коли і як активується кожен фрагмент коду вірусної ДНК, показуючи, що така повторна експресія є більш поширеною серед ссавців, ніж експерти вважали раніше.

Контроль спеціалізації клітин

«Цей підхід пропонує новий спосіб вплинути на долю клітини, наприклад, керувати диференціацією стовбурових клітин, що зазвичай вимагає одночасного маніпулювання сотнями генів», — сказав д-р Омен.

Дослідники вважають, що це може змінити наше ставлення до раннього віку та терапії стовбуровими клітинами.  Оскільки ці вірусні сегменти визнані потенційними регуляторними перемикачами, експерти в захваті від розробки нових інструментів для регулювання активності генів у великій кількості клітин одночасно.

Значення для ембріональних досліджень

Перші дні після запліднення створюють умови для кожної тканини в організмі. Фахівці з репродуктивної біології постійно шукають підказки про те, що формує ембріональні клітини.

«Наше дослідження виявило, що активація переносних елементів є відмінною рисою ранніх ембріонів у кількох видів ссавців», — зазначив професор Торрес-Паділла, припускаючи, що стародавній код може бути чимось більшим, ніж дивним залишком. 

Якщо ці послідовності впливають на те, як клітини переходять з одного стану в інший, це відкриває нові кути для дослідження хвороб і потенційних методів лікування.

Чому це важливо для здоров’я

Багато станів виникають через збої під час ембріонального розвитку. Збій у нормальному циклі активації генів може вплинути на те, як формуються органи, призводячи до проблем пізніше. Вчені припускають, що контроль над цими вірусоподібними елементами може бути ключовим для запобігання або обмеження певних ризиків. Визначаючи, які розділи стають активними під час критичних вікон, дослідники можуть навчитися вимикати або вмикати ці сегменти за бажанням. Це може прокласти шлях для передових втручань, хоча це ще на початку гри.

Майбутнє дослідження вірусної ДНК

Оскільки дослідники продовжують збирати дані, вони бачать, що ці фрагменти нашої ДНК можуть бути як корисними, так і шкідливими. Деякі можуть стимулювати шкідливі мутації, тоді як інші можуть нести інструкції, які штовхають клітини в правильному напрямку. Висновки команди знаменують собою крок до розуміння того, що ці фрагменти роблять в ембріоні та за його межами. Відображаючи, де і коли вони знову з’являються на поверхні, нові дослідження можуть глибше дослідити роль, яку ці елементи відіграють у здоров’ї та хворобах. Цей напрямок роботи може врешті-решт вплинути на підходи до терапії, особливо для умов, які залежать від ознак раннього розвитку. Дослідження опубліковано в журналі Cell.