逆转录转座子通过增强子劫持产生病毒样颗粒导致发育性肢体表型

本研究揭示了内源性逆转录病毒元件(ERV)通过表观遗传沉默逃逸后，劫持发育基因调控网络导致细胞特异性病毒样颗粒(VLPs)产生的分子机制。研究人员发现小鼠dactylaplasia肢体畸形是由MusD-Dac1J LTR逆转录转座子在Fgf8基因座插入引起，该元件通过形成异常染色质环与Fgf8共表达，产生的VLPs诱发肢芽顶端外胚层脊(AER)细胞凋亡。该发现为理解转座元件在发育疾病中的作用提供了新范式，发表于《Nature Genetics》。

在哺乳动物基因组中，转座元件(TEs)如同"分子化石"散布各处，约占基因组的半数。这些"基因组暗物质"通常被DNA甲基化等表观机制沉默，但在特定条件下可能"苏醒"并引发疾病。传统观点认为TEs主要通过插入突变干扰基因表达致病，然而德国马克斯·普朗克分子遗传学研究所(Max Planck Institute for Molecular Genetics)的Juliane Glaser团队发现，TEs还能通过更隐蔽的机制——"增强子劫持"导致发育畸形。

研究人员聚焦于小鼠dactylaplasia（一种类似人类缺指畸形的肢体缺陷）模型。这种畸形由名为Dac1J的MusD LTR逆转录转座子插入Fgf8基因上游引起。令人困惑的是，该插入并不破坏任何基因或调控元件，却在129sv品系小鼠中导致肢体中央指缺失，而在C57BL/6品系中无表型。这种品系特异性暗示表观调控可能在其中起关键作用。

为阐明机制，研究团队运用多组学技术：通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)揭示MusD-Dac1J与Fgf8在肢芽顶端外胚层脊(AER)的共表达模式；捕获Hi-C(cHi-C)技术捕捉到由活跃MusD-Dac1J启动子形成的异常染色质环；免疫电镜直接观察到70-90nm的病毒样颗粒(VLPs)；构建系列基因编辑小鼠验证VLPs的致病机制。

MusD-Dac1J插入导致dactylaplasia
通过CRISPR-Cas9删除7.4kb的MusD-Dac1J元件可完全挽救表型，证实其致病性。甲基化分析显示129sv品系中MusD-Dac1J的5'LTR启动子低甲基化，而C57BL/6品系高甲基化，解释表型差异。

Fgf8表达细胞受影响
scRNA-seq发现Dac1J/Dac1J胚胎在E11.5时82.6%的AER细胞丢失。时序分析显示MusD-Dac1J与Fgf8从E9.5开始共表达，随后AER细胞通过凋亡被清除，而非直接干扰Fgf8转录。

MusD-Dac1J与Fgf8共表达
基因组三维结构分析显示，MusD-Dac1J插入形成新的染色质环，使其"劫持"Fgf8的增强子。将MusD-Dac1J的5'LTR启动子替换为LacZ报告基因，仍能重现染色质环并精准模拟Fgf8表达模式，证实增强子劫持现象。

AER细胞中VLPs组装
免疫荧光和电镜证实，低甲基化的MusD-Dac1J在AER细胞中翻译产生Gag蛋白并组装成VLPs。这些颗粒缺乏env基因故不具传染性，但会引发DNA损伤和caspase-3介导的凋亡。

MusD-Dac1J逆转录缺失部分挽救表型
通过构建pol基因缺失(Dac1J-ΔPol)和tRNA引物结合位点突变(Dac1J-mutPBS)等系列突变体，发现逆转录过程是主要致病因素。而完全删除gag基因则能彻底挽救表型，说明Gag衣壳是VLPs毒性的必要条件。

增强子劫持的普适性
将5'LTR-LacZ插入Lbx1、Shh和Sox9的拓扑关联域(TADs)后，报告基因均精准模拟宿主基因表达模式，证明LTR元件具有"感知"局部调控信息的普适能力。

这项研究颠覆了对转座元件致病机制的传统认知，揭示其可通过"分子拟态"劫持宿主增强子，在特定时空产生毒性VLPs。该发现为理解人类发育疾病（如某些先天肢体畸形）提供了新视角——可能由内源性逆转录病毒如HERVK(HML-2)的异常激活所致。此外，MusD-Dac1J与Fgf8的精准共表达特性，为开发新型细胞特异性基因调控工具带来启示。

研究还提出有趣的问题：为何肌肉前体细胞能耐受VLPs而AER细胞敏感？这种细胞类型特异性可能源于不同组织对逆转录产物的敏感性差异，或与发育关键期的细胞状态有关。未来探索不同细胞对VLPs的应答机制，将有助于理解逆转录元件在生理和病理过程中的双重作用。