一项最新研究发现，小鼠基因组中残留的一段古老病毒DNA，对胚胎最早期的发育阶段起着至关重要的作用。这段DNA可以让早期胚胎细胞获得几乎分化成任何身体细胞类型的能力，为生命最初的发育进程“按下启动键”。
研究人员指出，这段病毒来源的DNA被称为MERVL，源自远古时期病毒感染留下的遗传痕迹。在胚胎刚形成的阶段，MERVL会被一种名为Dux的转录因子激活，从而引发一系列关键基因的表达，使细胞进入高度可塑的状态。这种状态被认为是胚胎发育最早期、最基础的能力之一。
不过，研究也发现，这一机制必须被严格控制。如果Dux的活跃时间过长，反而会对细胞造成致命伤害。在人类中，与Dux功能相似的蛋白被称为DUX4。当DUX4在肌肉细胞中异常持续活跃时，会导致一种遗传性肌肉退行性疾病——颊肩肱上腕肌营养不良症。目前，这种疾病尚无根治手段。
这项研究不仅揭示了MERVL和Dux在胚胎早期的协同作用，也帮助科学家区分了它们在成年阶段可能带来的风险。一些未参与研究的干细胞领域学者认为，这项工作对理解发育生物学具有重要意义。
在实验中，研究团队采用了一种被称为CRISPR激活系统的基因调控技术。这种方法不同于传统的CRISPR剪切DNA，而是通过提高特定基因的活跃度来观察其功能。研究人员分别在小鼠胚胎干细胞中单独或共同激活Dux和MERVL，以分析它们在发育过程中的作用。
结果显示，仅激活MERVL时，细胞确实获得了广泛的分化潜力，但缺乏一些早期胚胎细胞应有的关键特征。而只激活Dux时，细胞状态更接近自然胚胎中的早期阶段。这表明，Dux不仅能启动MERVL，还可以独立调控多条发育相关基因通路。
由于Dux和MERVL在早期胚胎中高度相关，科学界曾猜测MERVL可能也参与了Dux在成年阶段造成的细胞毒性。但新研究结果推翻了这一假设。研究人员发现，Dux引发细胞死亡的关键因素并非MERVL，而是另一个名为NOXA的基因。
NOXA在细胞遭受压力时会被激活，并推动细胞走向死亡。实验显示，Dux会直接提升NOXA的表达，而当研究人员移除NOXA后，Dux对细胞的破坏作用显著减弱。这说明，细胞毒性主要由NOXA介导，而非病毒DNA本身。
这一发现为相关疾病的治疗提供了新的思路。此前研究已经发现，在颊肩肱上腕肌营养不良症患者中，NOXA水平异常升高。研究人员认为，如果未来能够开发出抑制NOXA活性的药物，或许可以减少肌肉细胞死亡，从而延缓疾病进展。
研究团队指出，这种肌营养不良症之所以复杂，是因为尽管患者全身细胞都携带相关遗传变化，但只有部分肌肉细胞会异常激活DUX4。弄清楚这种激活为何只发生在特定细胞中，以及它与胚胎早期发育机制有何不同，将是未来研究的重点方向。
值得注意的是，MERVL并不存在于人类基因组中。不过，科学家推测，人类DNA中可能存在功能类似的病毒遗留片段。这些片段同样来自远古病毒感染，并可能在早期胚胎发育中扮演类似角色。
研究人员认为，比较小鼠与人类在早期发育阶段的调控机制，有助于揭示不同物种之间的发育差异，也能加深我们对“病毒遗产”如何塑造生命起源的理解。未来的研究将尝试找出在人类胚胎中承担类似功能的DNA片段，并探索它们是如何被精准开启和关闭的。
来源：livescience（编译 / 整理：olaola）