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各種內源性反轉錄病毒的分類關係 Classes_of_ERVs.jpg: Jern P, Sperber GO, Blomberg J derivative work: Fgrammen (talk) • CC BY 2.0

2022年10月27日,《Science》(科學)期刊刊登一篇「Ancient virus may be protecting the human placenta」(古代病毒可能正在保護人類胎盤)的最新消息,指大約3千萬年前感染我們靈長類祖先的一種病毒,被困在這些祖先體內的基因裡,除了隨著時間推移被馴化,還因緣際會從入侵者搖身一變為守護者,至今仍保護我們的胎盤不受病毒侵襲,我們也才能生生不息繁衍到今天。

「這是一個由非常強大實驗所描繪的美麗故事。」美國科羅拉多大學博德分校的進化生物學家 Giulia Pasquesi 說,她雖沒有參與這項研究,但研究團隊能找到更多這種年代久遠的病毒基因,或許有助於我們從體內已有的基因組中,再次找到並利用早已擁有的抗病毒特性,無需開發新的藥物或疫苗。

回顧歷史,病毒和人類其實已共存相當長的時間,有些病毒會將其遺傳物質嵌入我們的基因組中,稱之為反轉錄病毒)(Retroviruses),愛滋病毒(HIV)就是最為人知的一種。當這些病毒進入我們的基因裡面,會劫持我們的細胞來繁衍更多病毒,一旦進到精子細胞或卵母細胞,病毒的基因就會成為我們DNA的一部分,順勢傳遞到我們的後代子孫。

當病毒的DNA片段嵌入我們的基因裡,則會形成內源性反轉錄病毒 (ERV)。根據統計,大約8%的人類基因組由ERV序列組成,這些序列從數百萬年前感染人類祖先以來,就一直被困在我們的DNA中。年復一年,隨著時間流轉,這些基因已經失去了原來的病毒功能,但這並不意味著它們毫無用處。

為了找出哪些ERV可能仍在人體中活躍著,美國康乃爾大學分子生物學家 Cedric Feschotte和他的研究團隊掃描了人類基因組,尋找他們懷疑可能是編碼蛋白質的ERV序列。他們發現了其中的1507個序列,其中大約一半似乎在人體組織中起作用。

其中,有一種ERV出現在Suppressyn(又稱SUPYN)的人類基因中,該基因編碼是在胎盤和早期人類胚胎中產生的蛋白質。SUPYN會和細胞表面ASCT2的受體結合。這個ASCT2受體和另一種稱為Syncytin的ERV衍生蛋白受體一樣,都作用在細胞之間的聯繫,它做為反轉錄病毒的前身,也就是合胞體,可以與細胞膜融合進入細胞,而它的現代形式則允許胎盤在胎兒發育過程中,透過將細胞膜融合在一起而形成。

沒有ASCT2,胎盤很可能就無法進化;換句話說,沒有反轉錄病毒,生命不會像以前那樣進化,就不會有哺乳動物。但ASCT2也是哺乳動物的致命弱點,一種D型反轉錄病毒(type D retroviruses)會利用它繞過細胞防禦而潛入細胞,並在包括非人類靈長類動物在內的許多動物中引起各種疾病。根據1984年《Science》(科學)期刊的論文,D型反轉錄病毒常在亞洲獼猴族群中傳播,所幸至今還沒有一種會感染人類。

Feschotte解釋,早期動物如果沒有辦法保護自己免受這些反轉錄病毒的侵襲,將會是生存的一大挑戰,其中又以保護胎盤最為重要,因為在發育早期感染胚胎的反轉錄病毒,可以進入精子細胞和卵母細胞,影響這些動物的繁衍。

Feschotte和研究團隊用反轉錄病毒感染人類胎盤細胞時,發現SUPYN可透過阻斷ASCT2受體與病原體競爭,使病毒無法進入細胞。她們在刊登於《Science》的最新消息中說明,當她們檢測到病毒時,這些細胞似乎會打開SUPYN,顯示它編碼了一種抗病毒蛋白,

Pasquesi補充說,研究團隊設法弄清楚這些反轉錄病毒使用哪種受體進入細胞,這在技術上令人印象深刻。她目前正在進行一項類似的研究,繪製人類基因組中馴化的ERVs,並發現大約30個似乎對人類免疫系統很重要。而令人感到驚訝的是,我們自己的身體到底是如何製造所有這些小抗病毒藥物?!

Feschotte的團隊目前正計劃研究他們發現數十種其他活躍的反轉錄病毒,他認為儘管SUPYN被認為是一種功能性人類基因,但他們發現的99%其他活性 ERV,看起來只是不重要的垃圾DNA,只是外觀可能具有欺騙性。

他說,這是潛在蛋白質的寶庫,而這些寶藏至少有可能在醫學、生理學或發育方面具有令人感到有趣的活動,有待我進進一步探索。

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