反转录病毒已在你的 DNA 里长达亿年

2020-06-22 361人围观

反转录病毒已在你的 DNA 里长达亿年

在 1970 年代,反转录病毒的发现扩充了克里克制定的生物中心法则,证明 DNA 到 RNA 可以逆向进行,而现在科学家发现这类型的病毒在人类体内的影响远远不仅于此。

他们发现有些反转录病毒早在 4 亿 5 千万年前就已在人类的基因体中展开殖民行动。原本反转录病毒进入细胞后,会将它们的基因嵌入细胞 DNA,这些病毒基因会拢络细胞帮它们做出新病毒,逃离细胞并再感染更多细胞,周而复始。

如果反转录病毒是感染卵子或精子,则它的 DNA 有可能会传给下一代,以及再下一代。一旦病毒变成偷渡者一直遗传下去,科学家就称它们为内源性反转录病毒(endogenous retroviruses,ERVs)。目前它们已占据人类基因体总和的 8%,不过到下一个世代,病毒 DNA 产生突变,它们就会失去感染细胞的能力。但这些病毒仍然可以製造蛋白质,它们还能迫使细胞複製嵌在基因体的病毒 DNA。只要经过一次感染,病毒就能在宿主体内製造数以百计的 DNA 複本。

它们究竟有何阴谋?绝不只是像化石一样保存在人类体内那幺简单。在灵长类动物中,製造这些蛋白质的基因,随着年代的演进已很少出现变化了,许多物种的一致性显示它们必定有很重要的工作要做。但直到现在科学家仍在辛苦研究它们扮演的角色。   

5 年前,任职于法国古斯塔夫鲁西研究所的生物学家 Odile Heidmann 和同事持续调查人类基因体中更多内源性病毒。他们发现了一种长久被忽视的病毒 DNA,命名为 Hemo。Hemo 从胎盘製造出来并流淌在孕妇的血液中,是第一个发现在细胞外流动的反转录病毒包膜。Hemo 在胎盘、各式各样的干细胞(包括神经及诱导型多功能干细胞,也就是 iPS)以及癌症组织上高度表现,因此科学家怀疑 Hemo 跟胚胎发展有密切的关联性。「它们不只是遗迹」,Heidmann 博士说,「如果动物体内的 Hemo 发生突变,将会导致伤害或是致命的不幸后果。」

有一种可能性是:早期胚胎是内源性病毒的温床,为了解胚胎如何製造病毒蛋白质,科学家已开始进行「当病毒基因被沉默(gene silence)时会发生什幺事?」实验。从实验结果推测,病毒蛋白质可帮助胚胎分化。在早期,胚胎中的细胞可分化成任何组织,不过一旦干细胞分化,它们就会失去弹性而注定变成特定功能的细胞,在那之后,细胞就会关闭病毒基因。

人体「畜养」病毒

任教于雅典大学的 Gkikas Magiorkinis 博士怀疑病毒根本不怀好意。它们也许是利用胚胎帮忙複製自己,而且让宿主,也就是干细胞无法过早分化,这样一来病毒就可以侵犯人体更多部位。「当宿主长大后,大部分细胞就会有反转录病毒的複本。」Magiorkinis 博士这样说。

不过人类不会轻易屈服,我们也会对内源性病毒展开防卫,比如说细胞可将它们的 DNA 和会抑制基因表现的分子结合在一起,抑制病毒基因的表现。但有时候病毒基因仍会想尽方法被开启。科学家就在某些癌细胞中发现内源性反转录病毒製造的蛋白质,这项发现也引发讨论:究竟这些病毒会否是癌细胞的帮兇呢?

最近的研究认为答案是肯定的。法国科学家的团队改造人类细胞使其製造出在许多癌细胞发现的病毒蛋白质,并将它培养在培养皿中,观察其生长,发现蛋白质会使细胞呈现一些癌细胞专属的特性,就像癌细胞一样会改变形状,且也会在培养皿中移动。再来,这些蛋白质会使某些和癌症相关的基因活化。       

但麻州塔夫兹大学的病毒学家 John M. Coffin 却对研究结果态度保留。他怀疑在多数例子里,癌细胞会製造病毒蛋白质只是因为癌细胞会将全部基因活化,不管人类还是病毒的基因。

且如果你觉得反转录病毒对人类只有坏处,那你就错了。根据 Coffin 博士的说法,我们「畜养」了病毒,利用病毒的蛋白质执行功能。比如说有一种称为「合胞素」的病毒蛋白质,可将胎盘细胞融合在一起,这对胎儿发展过程是很关键的一步,「我认为,如果没有合胞素,哺乳类的演化将会大不相同。」Coffin 博士如此说。除此之外,病毒蛋白还能帮助胚胎免于受到母亲免疫系统的攻击。

扮演如此多样且複杂的角色,正是内源性反转录病毒的迷人之处。正如科学家所说:「这不是单纯好或坏的问题,真实情况更複杂。」而这一切仅是研究的开端。

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