Древняя вирусная ДНК необходима для развития человеческого эмбриона

Почти 9% человеческого генома состоит из остатков генетического материала древних вирусов (эндогенных ретровирусов, ERV), которые заразили наших предков миллионы лет назад. Новое исследование в журнале Nature показывает, что один из таких фрагментов этой "вирусной ДНК" необходим для самых ранних стадий человеческой жизни.

Изучать влияние ERV на развитие человека сложно из-за этических ограничений на эксперименты с эмбрионами. Чтобы обойти это, учёные использовали человеческие бластоиды — трёхмерные модели, выращенные из стволовых клеток, которые имитируют структуру и ключевые типы клеток естественной бластоцисты (скопления клеток, формирующегося через 5–7 дней после оплодотворения).

Исследование функции вирусной ДНК

Команда сосредоточилась на конкретном типе ERV — HERVK LTR5Hs. Эти элементы попали в нашу ДНК после того, как наша эволюционная линия отделилась от обезьян Старого Света, что считается относительно недавним событием в эволюционных масштабах.

Используя передовые генетические инструменты, действующие как молекулярные ножницы, исследователи "выключали" или полностью удаляли элементы LTR5Hs. Результат был однозначным: бластоиды либо погибали, либо превращались в неорганизованные скопления клеток. Это стало прямым доказательством того, что эта древняя ДНК необходима для преимплантационной стадии развития человека.

На субклеточном уровне выяснилось, что элементы LTR5Hs действуют как мощные энхансеры, усиливая активность соседних генов. При их подавлении активность многих близлежащих генов, связанных с эпибластом (клеточным слоем, из которого формируется эмбрион), снижалась. Таким образом, вирусная ДНК напрямую контролирует эти важнейшие ранние инструкции развития.

Одно из ключевых открытий касается гена ZNF729. Учёные обнаружили, что одна конкретная вставка LTR5Hs, уникальная для человека, действует как "главный ключ" для активации этого гена. Поскольку ZNF729 регулирует фундаментальные клеточные процессы, такие как рост клеток и метаболизм, этот "вирусный ключ" критически важен для нашего развития.

Как отметила старший автор работы Джоанна Высоцка: «Наши результаты иллюстрируют, как недавно появившиеся транспозоны и гены могут обеспечивать развитие, необходимое для выполнения важных функций у людей».