Нещодавнє дослідження виявило дивовижну роль давньої ДНК, яку колись вважали просто непотрібним генетичним матеріалом, на ранніх стадіях ембріонального розвитку. Ця ДНК, що походить від ретровірусів, інтегрованих у геном перших тварин понад 500 мільйонів років тому, тепер вважається, що вона відіграє важливу роль у регулюванні критичного переходу на початку життя заплідненої яйцеклітини.
Ці ретровіруси, відомі як “ендогенні ретровіруси”, спочатку вважалися непотрібними або потенційно шкідливими. Вони складають значну частину, приблизно 8-10%, геному ссавців. Всупереч попереднім уявленням, тепер зрозуміло, що ці вірусні генетичні матеріали виконують важливі регуляторні функції, зокрема, контролюють гени, життєво важливі для біологічних процесів.
Дослідження, опубліковане в журналі Science Advances під керівництвом Серхіо Де ла Роса (Sergio De la Rosa) з Іспанського національного центру дослідження раку (CNIO), демонструє, що ці ендогенні ретровіруси відіграють вирішальну роль у процесі раннього ембріонального розвитку. Це відкриття має важливе значення для регенеративної медицини та створення штучних ембріонів, які можуть допомогти у вивченні розладів, пов’язаних з вагітністю та фертильністю.
На початку ембріонального розвитку запліднена яйцеклітина перетворюється на тотипотентну зиготу, що складається з клітин, здатних диференціюватися в будь-який тип клітин. Ця трансформація включає в себе широке генетичне та епігенетичне ремоделювання. На наступному етапі ці тотипотентні клітини перетворюються на плюрипотентні, які можуть диференціюватися в різні спеціалізовані лінії, за винятком плацентарної тканини. Механізми, що стоять за цим переходом, були недостатньо зрозумілі до цього дослідження.
Команда Де ла Рози виявила, що ендогенний ретровірусний білок під назвою MERVL-gag відіграє ключову роль у цьому переході. MERVL-gag бере участь у процесі переходу ембріональних клітин до плюрипотентного стану. Це відкриття є революційним, оскільки відкриває нову життєво важливу функцію ендогенних ретровірусів у біології розвитку.
Їхнє дослідження, проведене на мишачих ембріонах, показало, що ген, відомий як URI, необхідний для сигналізації про поживні речовини та гомеостаз органів, активується MERVL-gag . Ця активація має вирішальне значення для набуття клітинної плюрипотентності. Коли URI деактивується, ембріональні клітини залишаються в тотипотентному стані, що вказує на делікатний баланс, організований цими давніми вірусними генами.
Це дослідження не тільки проливає світло на складні процеси раннього ембріонального розвитку, але й ілюструє чудовий приклад симбіотичної коеволюції між ендогенними ретровірусами та їхніми клітинами-господарями. Вірусні білки та ген URI працюють у тандемі, з точним дотриманням часових рамок, забезпечуючи плавний перехід від тотипотентності до плюрипотентності в ембріональних клітинах. Це дослідження підкреслює важливість того, що колись вважалося “сміттєвою ДНК”, у складному шляху зародження життя.