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关闭“垃圾DNA”可能会让干细胞变成神经元

对身体中的每个细胞来说,都有一个必须决定余生要做什么的时刻。在发表在PNAS杂志上的一篇文章中,美国国立卫生研究院的研究人员首次报告,曾经被认为是“垃圾DNA”的古老病毒基因可能在这一过程中发挥了作用。这篇文章描述了一系列的临床前实验,这些实验显示了嵌在第12和19条染色体上的人类内源性逆转录病毒(HERV-K)基因是如何帮助控制人类干细胞分化或成熟到连接到我们神经系统的数万亿神经元中的。这项实验是由NIH国家神经疾病和中风研究所(NINDS)临床主任、医学博士Avindra Nath领导的一个实验室的研究人员进行的。

在进化过程中,人类基因组吸收了成千上万的人类内源性逆转录病毒基因。结果,我们染色体上近8%的DNA包含了这些基因的残留物。尽管这些基因一度被认为是不活跃的,或“垃圾”,但最近的研究表明,这些基因可能与人类胚胎发育、某些肿瘤的生长以及多发性硬化症期间的神经损伤有关。此前,纳特博士实验室的研究人员发现,肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)可能与HERV-K基因的激活有关。在这项研究中,由科学研究院的科学家王同光(David)博士领导的研究小组表明,基因的失活可能会使干细胞游离出来,变成神经元。

研究人员的大部分实验都是在血细胞上进行的,这些血细胞是从NIH临床中心的健康志愿者中提取的,他们将这些血细胞基因转化为诱导多能干细胞,然后这些干细胞可以转化为人体的任何细胞类型。令人惊讶的是,他们发现干细胞的表面排列着高水平的HERV-K,一种名为HML-2的包膜蛋白,病毒经常利用它来抓住并感染细胞。这些蛋白质逐渐消失,细胞被提供两轮“鸡尾酒”。第一轮推动细胞进入中间状态,神经干细胞状态,第二轮推动细胞最终成为神经元。研究人员通过关闭干细胞中的HERV-K、HML-2基因,或者用抗HML-2蛋白的抗体来治疗细胞,加快了这一过程。与此相反,他们通过人为地让细胞超载HML-2基因来延迟神经分化。最后,研究小组发现,在干细胞表面,HML-2和另一种名为CD98HC的免疫细胞蛋白之间的相互作用可能会通过触发内部化学反应来抑制分化,而这些化学反应已知可以控制细胞生长和肿瘤。未来,该团队计划探索HERV-K基因如何塑造神经系统的线路。

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