新证据证实人类具有抵抗远古逆转录病毒的利器

时间:2008年7月25日
来源:生物通

编辑推荐:

2000年以来,人类与病毒处于一场持久的进化战中,每个回合都有一方进化出新的本领,每一次的进化都引进一种新的高明的策略对付另一方,而另一方在适应前一方的新招数后也能进化出相应的对策。就比如说,逆转录病毒,它的策略就是将自己的遗传物质插入到宿主的DNA上,现在可以在人的DNA序列里找到证据。去年,美国洛克菲勒大学的研究者和纽约亚伦.达尔蒙德艾滋病研究中心的科学家将一个古代逆转录病毒复活,它能形成新的病毒颗粒并感染人类细胞。现在,同一批科学家开始研究关于远古逆转录病毒的与人类共进化的证据,他们发现我们的祖先千年前就已经进化出抵抗远古逆转录病毒的免疫力,而这一免疫机制一直代代相传,到现在人类仍旧应用这套就的免疫机制。

广告
   X   

2000年以来,人类与病毒处于一场持久的进化战中,每个回合都有一方进化出新的本领,每一次的进化都引进一种新的高明的策略对付另一方,而另一方在适应前一方的新招数后也能进化出相应的对策。就比如说,逆转录病毒,它的策略就是将自己的遗传物质插入到宿主的DNA上,现在可以在人的DNA序列里找到证据。去年,美国洛克菲勒大学的研究者和纽约亚伦.达尔蒙德艾滋病研究中心的科学家将一个古代逆转录病毒复活,它能形成新的病毒颗粒并感染人类细胞。现在,同一批科学家开始研究关于远古逆转录病毒的与人类共进化的证据,他们发现我们的祖先千年前就已经进化出抵抗远古逆转录病毒的免疫力,而这一免疫机制一直代代相传,到现在人类仍旧应用这套就的免疫机制。

 

Paul Bieniasz说,我们首次在实验室检验逆转录病毒与宿主防御机制间的相互关系。Paul Bieniasz是洛克菲勒大学逆转录病毒学实验室的副教授,实验室的主任,也是亚伦.达尔蒙德艾滋病研究中心的科学家。Bieniasz教授和研究生Youngnam Lee用他们重新构建的病毒,名为HERV-K(人类内源性逆转录病毒K亚科),与人类抗逆转录病毒的分子物质共同作用,检验二者间的相互作用,他们的这一研究结果发表在6月18号《Virology》在线版上。

 

Bieniasz(同时还是霍华德霍金斯医学研究员的调查员)和Lee发现,在实验室,人类细胞感染HERV-K病毒后产生几种抗病毒蛋白抵抗HERV-K。其中的一个蛋白是APOBEC3G,留下一种细胞信号装置在后面:它将病毒的DNA突变形成宿主可识别的形式,这一机制也是现代人抗逆转录病毒的机制。Bieniasz说,但是这是第一次发现人类细胞对远古逆转录病毒也以相同的机制进行抵抗。

一旦科学家们发现现代人类细胞攻击HERV-K的分子,他们就回过头开寻找化石证据,化石证据是只远古逆转录病毒残留在人类基因组里的遗传信号,先前科学家们复活远古病毒的DNA信息就来自现代人类的基因组。HERV-K在突变前遗留了两个拷贝在基因组里,当然现在已经是处于失活状态,被一种叫APOBEC3G的蛋白抑制活性。Lee说,我们可以观察到几百万年前发生的一些现象。人类和远古病毒战斗的模式影响现代人抵抗逆转录病毒的模式。这些自远古时代发展出来的蛋白至今还保护人类抗击逆转录病毒。实际上,HERV-K就是帮助人类形成抵抗逆转录病毒的APOBEC3G蛋白的功臣。

 

洛克菲勒大学和亚伦.达尔蒙德艾滋病研究中心的科学家早期的研究和这次的研究证实进化过程具有两面性:感染性病毒和宿主防御机制都在共同进化。Lee说,逆转录病毒能留下自身的遗传物质在人类基因组里,同样的我们的DNA里的证据证实我们人类也进化了相应的对策抵抗逆转录病毒。这是一场宿主和病毒间的持久战。

 

关于HERV-K

逆转录病毒的出现要早于人类。事实上,我们最熟悉的家族成员HIV是一个相对年轻的病毒,20世纪中期发生人类感染后才被我们认识。


  尽管许多逆转录病毒在数十万或者数百万年前就已灭绝,但研究人员研究这些病原体时不是采用古生物学家传统使用的工具,他们只要看我们自身的DNA就可以了。逆转录病毒感染细胞后,通过将自身的DNA插入到宿主细胞的基因组中进行复制。如果被感染的细胞恰巧是胚细胞,如精子、卵子或它们的前身,那么,逆转录病毒的DNA就会像正常基因那样被后代继承。人类有许多已不存在了的逆转录病毒沉积在我们的DNA中,这些都是数百万年前,古代逆转录病毒在我们祖先身上复制后所留下的。现在,研究人员恢复了这些逆转录病毒中的一个生命。


  洛克菲勒大学逆转录病毒学实验室和亚伦.达尔蒙德艾滋病研究中心主任保罗.宾斯说,在我们的DNA中,有一个通常感染我们的逆转录病毒的化石记录。事实上,8%的人类DNA是由逆转录病毒的序列组成的。为了更好了解人类和逆转录病毒是如何共同进化的,研究人员挖掘了一些这样的DNA,并将一个古代逆转录病毒复活,它能形成新的病毒颗粒并感染人类细胞。文章发表在上月《公共科学图书馆.病原体》上。


  埋植在我们DNA中的已灭绝逆转录病毒是不能繁殖的,因为它们的基因中的一个或多个已发生了变异。新的人类内源性逆转录病毒(HERVs)很少有变化,通过其很少的遗传改变来判断,至少一个亚科(HERV-K)在不到几十万年前有可能还是活动的,这一亚科的不同成员有略微不同的变异。“就在几个月前,”宾斯说,还没有这一病毒的可复制形式。


  为了消除那些影响HERV-K复制的变异,两位研究人员推演出了一个10种不同HERV-K前病毒的一致的遗传序列,并从中合成了整个病毒基因组。接着,他们将这一用来复制HERV-K(HERV-KCON)的序列插入到人类培养的细胞中去,看它能否形成HERV-K结构蛋白。他们推演的这一序列不仅形成了功能蛋白,而且产生了能够形成新的病毒微粒并将其结合到宿主细胞基因组中的逆转录病毒。宾斯说,这是首次利用已经死亡了的病毒的基因组让一个病毒存活,或者说至少证明让其有了能够复制的功能。


  由于某些人类和其他灵长类的细胞可产生对HIV复制有抑制作用的蛋白,因此研究人员开始了这项研究计划。问题是,这些蛋白来自于哪里?通过对这些非常古老的病毒研究,我们可以了解数百万年前我们祖先身上发生了什么。

 

(生物通 张欢)

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有