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病毒引起疾病众所周知,但是病毒也是人类和多种生物进化的催化剂。逆转录病毒能将自身基因插入人类基因组复制自己,留在人类基因组中的病毒基因可以控制免疫系统,并能控制胚胎和胎盘的发育。最近科学家在《PLOS遗传学》发表论文,证明病毒基因在人类正常胎盘形成和男性肌肉质量等方面发挥关键作用。这种来自病毒的基因能编码合胞体蛋白syncytin,这一研究能解释一种生物学现象,就是为什么雄性哺乳动物肌肉更发达。
人类基因组大约有30亿对碱基,其中大约8%DNA来自于病毒。许多病毒基因在进化过程中逐渐退化,但最近十多年研究发现也有一些病毒基因被保留下来发挥重要功能。
2000年,科学家发现胎盘发育的关键分子合胞体蛋白就起源于一种病毒蛋白,病毒蛋白在逆转录病毒协助下与宿主细胞基因组融合,后者成为病毒基因的避风港。这个蛋白和祖先分子没有太多差异,功能是引导某些胎盘细胞与来自母体的子宫细胞融合,形成胎盘的外层。不同哺乳动物合胞体蛋白不同,表明哺乳动物是从不同类型的病毒借来的基因,提示这是多次发生基因转移过程。
哥本哈根大学病理学家Lars-Inge Larsson说,提出胎盘细胞融合是由一种病毒基因控制,这种基因是三千万年前人类祖先从病毒借来,这有点令人难以置信。
该研究负责人来自法国国家科学研究中心病毒学家Thierry Heidmann。研究人员发现,如果将两个合胞体蛋白基因全部敲除,动物后代无法存活,如果只敲除其中一个合胞体蛋白B,保留合胞体蛋白A,动物后代可以生存,但是雄性动物体型小,而且体弱多病。体重比正常动物少18%。研究人员最初认为,合胞体蛋白不足导致胎盘畸形阻碍了老鼠在子宫内的生长,但是随后有其他学者发现,这些基因在免疫细胞和肌肉干细胞中特异性表达,这让他们重新考虑这一现象的原因。
成熟肌肉细胞也是通过众多成熟成肌细胞融合形成,考虑到合胞体蛋白在细胞融合过程中发挥作用,Heidmann等推测基因突变动物体重降低的原因是因为肌肉融合过程受阻,进一步分析发现,胞体蛋白B基因敲除小鼠肌肉质量降低20%,肌肉纤维数量和数量也出现相应降低。Heidmann说,有意思的是,这种差异只出现在雄性,而雌性动物没有这种改变。
进一步研究发现,合胞体蛋白基因在成肌细胞和成熟肌肉细胞过程都有表达,阻断该基因表达能使细胞融合减少40%。羊、狗和人类细胞都表现出类似的改变。
犹他大学进化生物学家Cedric Feschotte说,这是第一次证明逆转录病毒蛋白在非胎盘组织中发挥重要作用的研究。Heidmann强调,虽然发现合胞体蛋白对肌肉细胞融合中的重要作用,但他们小组仍然不知道为什么这种作用只发生在雄性动物。无论如何,大量散布在人类基因组中的病毒基因能发挥比我们想象更加重要的作用,现在的发现只是冰山一角。
http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006289#pgen-1006289-g001
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