Historie Podcasts

Der er fundet et gammelt retrovirus i humant DNA - og det kan stadig være aktivt

Der er fundet et gammelt retrovirus i humant DNA - og det kan stadig være aktivt


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Der er kommet slående beviser på, at en gammel virus, der tidligere kun var kendt fra fossile beviser, vedvarende har inficeret nogle mennesker på meget lave niveauer i hundredtusinder eller endda millioner af år. Dette gamle retrovirus er en slags levende fossil, og opdagelsen af ​​en intakt kopi af det i det menneskelige genom stiller spørgsmål om, hvordan det har overlevet, og tyder på, at andre fra den fjerne evolutionære fortid kan ligge i dvale i mange arters DNA.

Et retrovirus replikerer ved at indsætte dets genom i en inficeret celle. Lejlighedsvis inficerer retrovirus kimlinjeceller - dem, der findes i æg og sædceller - og hvis disse celler overlever og skaber en ny organisme, vil den nye organisme indeholde retroviruset som en iboende del af dets genom. På denne måde har genomerne for mange pattedyr, fugle og andre hvirveldyr akkumuleret mange DNA -sekvenser afledt af retrovira, kendt som endogene retrovira (ERV'er). Omkring 8% af det menneskelige genom består f.eks. Af ERV'er.

Langt de fleste af disse sekvenser er genomiske fossiler i en fremskreden tilstand af forfald og ude af stand til at producere nogen form for infektiøse partikler. Spændende nok er nogle ERV'er imidlertid blevet koopereret til at udføre fysiologiske funktioner inden for værtsorganismen, for eksempel for at tilvejebringe immunitet. Disse domesticerede virussekvenser, selvom de er funktionelle, er effektivt blevet en del af værtens genom. De kan heller ikke producere infektiøse viruspartikler, idet de generelt har mistet det genetiske udstyr, der kræves for at gøre det.

Ikke desto mindre er der en lille andel af ERV -sekvenser, der kan lave infektiøse partikler, og disse viser, at genomerne af værtsarter kan koloniseres af infektiøse retrovira. Denne proces er dårligt forstået, men nyere forskning har vist den næsten utrolige stealth, som den kan forekomme, så de mest moderne og kraftfulde teknikker er nødvendige for at opdage den.

Et endogent retrovirus (FreeDigitalPhotos.net af brugeren 'jscreationzs')

'Loch Ness -monsteret' i det menneskelige genom

Fremskridt inden for hele genom -sekventering har afsløret en enorm mangfoldighed af ERV'er i genomer hos hvirveldyr med betydelig forskel mellem arter. Mange er ekstremt gamle, mens nyere ERV'er er mere intakte og mindre nedbrudt af mutation. I nogle arter som mus indeholder genomet mange ERV'er, der er i stand til at producere infektiøse vira, men næsten alle ERV'er hos mennesker (kendt som HERV'er) ser ud til at være ikke-funktionelle rester af uddøde retrovira. Den eneste undtagelse er en gruppe, kaldet HERV-K, som potentielt er i stand til at replikere på trods af at den er mange millioner år gammel.

Tidligere undersøgelser af HERV-K-sekvenser i det humane genom har indikeret, at det for nylig har været aktivt hos mennesker, og at det endda stadig kan cirkulere gennem infektion. Denne nylige undersøgelses medforfattere, Julia Wildschutte og Zach Williams, der arbejder i laboratoriet hos John Coffin ved Tufts University, søgte efter beviser for HERV-K ved hjælp af data fra 1000 Genomes Project og Human Genome Diversity Project. Teamet udviklede tilgange, der gjorde det muligt for dem at grave usædvanligt dybt ned i disse kataloger og fastslå, at det menneskelige genom indeholder i alt 36 unikke HERV-K-kopier, der ikke findes i standardreferencen for menneskelig genom-herunder 19 nye opdagelser.

Mest fascinerende af alt var en af ​​disse nye opdagelser en intakt virus uden nogen af ​​de mutationer, der forventes at forringe dens funktion. Opdagelsen af ​​en intakt virus, der lurer i den menneskelige befolkning, styrker muligheden for, at dette HERV-K-retrovirus har været "levende" i mennesker indtil relativt for nylig og stadig kunne cirkulere et sted selv i dag.

Fremtidige retninger

Mange spørgsmål er stadig tilbage: er HERV-K virkelig stadig aktiv hos mennesker? Ligger den i dvale, klar til at genopstå som agenten for en smitsom epidemi? Eller er tegnene på den seneste HERV-K-aktivitet virkelig bare dødsskælene i et gammelt retrovirus, da det driver langsomt men sikkert mod udryddelse?

Kan et gammelt retrovirus resultere i genopståen af ​​en smitsom epidemi ( Jason Scragz / Flickr )

Det kan være, at ved at eksistere i en næsten sovende tilstand med kun meget lave aktivitetsniveauer, har HERV-K været i stand til at undgå effekterne af mutationer, der ville have inaktiveret det. Alternativt kan der være omstændigheder, hvor mennesker på en eller anden måde opnåede en overlevelsesfordel, der førte til, at tilstedeværelsen af ​​HERV-K i humant DNA blev valgt til gennem evolutionære processer.

Disse hypoteser kan til en vis grad undersøges, fordi uddøde retrovira kan genopstå fra DNA -rester og deres biologiske egenskaber analyseres. At studere, hvordan gamle vira blev slukket af deres værtsarter, kan give spor til strategier, vi kan bruge til at hjælpe med at bekæmpe de vira, der truer os i dag.

Udvalgt billede: Menneskeligt DNA

Artiklen ' Der er fundet et gammelt retrovirus i humant DNA - og det kan stadig være aktivt ' ved Robert Gifford blev oprindeligt udgivet den Samtalen og er blevet genudgivet under en Creative Commons -licens.


Endogent retrovirus

Endogene retrovira (ERV'er) er endogene virale elementer i genomet, der ligner meget og kan stamme fra retrovira. De er rigelige i genomerne på kæbede hvirveldyr, og de udgør op til 5-8% af det menneskelige genom (lavere skøn over

1%). [1] [2] ERV'er er en lodret nedarvet proviral sekvens og en underklasse af en gentype kaldet et transposon, som normalt kan pakkes og flyttes inden i genomet for at tjene en vital rolle i genekspression og i regulering. [3] [4] ERV mangler imidlertid de fleste transposonfunktioner, er typisk ikke infektiøse og er ofte defekte genomiske rester af den retrovirale replikationscyklus. [5] [6] De udmærker sig ved retroline-kimprovinselementer på grund af deres integration og omvendt transskription i værtscellens atom genom. Forskere har antydet, at retrovirus udviklede sig fra en type transposon kaldet en retrotransposon, et klasse I -element [7], disse gener kan mutere, og i stedet for at flytte til et andet sted i genomet kan de blive eksogene eller patogene. Dette betyder, at ikke alle ERV'er kan have stammer fra en indsættelse af et retrovirus, men at nogle kan have været kilden til den genetiske information i de retrovira, de ligner. [8] Når integration af viralt DNA sker i kimlinjen, kan det give anledning til en ERV, som senere kan blive fast i genpuljen i værtspopulationen. [1] [9]


Her udforsker vi den fantastiske opdagelse af endogene retrovira (ERV'er) i vores eget DNA. Et endogent retrovirus er en genetisk rest af en antivirusinfektion, der lider af en forfader. Det viser sig, at mange af vores endogene retrovira deles af chimpanser. Det er fordi vi deler en fælles forfader med dem.

Udforsk nærmere

Videnskabelige artikler vist i animationen efter emne:

Placental endogen retrovirusforskning

Genoplivning af uddødt endogent retrovirus i humant DNA

Chimpanse & amp; humant DNA -sammenligninger

Undersøgelser af, hvor sandsynligt det er for et endogent retrovirus at indsætte sig selv på samme sted for forskellige værter

Human Endogen Retrovirus – W: Nøjagtige indsættelsessteder hos mennesker og andre aber

Noter om den matematik, der blev brugt i denne animation:

Udskrift

Du har sikkert hørt, at de store aber som chimpanser er menneskehedens nærmeste levende slægtninge. Selv før evolution blev opdaget, grupperede forskere, der studerede sammenlignende anatomi, mennesker allerede i abefamilien sammen med chimpanser.

I disse år før udviklingen blev ordet “family ” dog ofte brugt billedligt. Mange forskere havde en “fixed art ” visning. De skønt mennesker og chimpanser havde været ens og dog forskellige siden tidernes morgen. Dette ændrede sig i slutningen af ​​1800 -tallet. Sammen med opdagelsen af ​​udviklingsprocessen overbeviste undersøgelsen af ​​fossiler størstedelen af ​​forskerne om, at mennesker og chimpanser har en fælles forfader. Vi er virkelig familie! I dag er der fundet hundredvis af overgangsfossiler, der slører grænsen mellem mennesker og chimpanser.

Når det er sagt, synes nogle mennesker, at undersøgelsen af ​​fossiler er for subjektiv. Er der en uafhængig evidenslinje, vi kan bruge til at dobbelttjekke, hvad vi tror, ​​vi ved fra undersøgelsen af ​​fossiler?

Dr. Francis Collins, manden der ledede det menneskelige genomprojekt, påpegede med rette, at undersøgelsen af ​​DNA giver os en helt uafhængig, kvantificerbar måde at teste ideer om evolution. I stedet for blot at tage sit ord for det, vil vi her undersøge beviserne for os selv.

Det er almindeligt kendt, at DNA er fantastisk til at afsløre familieforhold. I retten er DNA guldstandarden for at bestemme, hvem faderen er. DNA -bevis er nu meget udbredt i undersøgelsen af ​​slægtsforskning til at finde ud af fjernere forhold. Der er mange uafhængige måder, hvorpå DNA -beviser kan bruges til at afsløre familieforhold, selv mellem arter! Her vil vi zoome ind på kun en bevislinje: Endogent retrovirus -DNA delt på tværs af arter. I dette tilfælde mellem mennesker og chimpanser. For at forstå, hvorfor Retrovirus DNA er så stor en ting, lad os først se på, hvad Retrovirusser er.

Et retrovirus er en særlig type virus, der formerer sig ved at indsætte dets gener direkte i et celledNA. Virusgenerne bliver en permanent, problemfri del af værtscellens genom. Cellen behandler derefter virus -DNA'et, som var det sit eget. Den læser virusgenerne og bruger dem til at lave nye vira, og når cellen kopierer sit eget DNA, før den reproduceres, kopierer den også virus -DNA'et og videregiver det også.

Hos pattedyr inficerer moderne retrovira normalt hvide blodlegemer. Hvis der imidlertid sker et retrovirus for at inficere en sædcelle eller ægcelle, og hvis denne sædcelle eller ægcelle tilfældigvis deltager i befrugtning, vil det resulterende barn have en kopi af virus -DNA'et i en enkelt af hendes celler! Hun vil endda give det videre til sine børn, hvis hun har børn.

Nu tror du måske, at dette er en garanteret dødsdom for barnet, men immunsystemet kan nogle gange håndtere problemet. Normale kopieringsfejl i virus -DNA vil undertiden lukke vira ned.

I disse tilfælde kan retrovirus -indsættelsen betragtes som en enkelt kæmpemutation for værten. Som det er tilfældet for alle mutationer, kan en retrovirus -indsættelse have en negativ effekt på det individ, der indeholder det. Det kan ende med at blive neutralt, eller med lidt held kan det ende med at være gavnligt. Virusgener fungerer også som ekstra genetisk materiale, som evolutionen vil kunne “lege med”, som tiden går. Fremtidige mutationer kan give virusgener nye funktioner, hvoraf nogle kan være nyttige. Nylige undersøgelser har fundet ud af, at det i mindst én gang ser ud til, at et gammelt pattedyr var inficeret med en virus, der endte med at hjælpe under reproduktionen. Mange af disse pattedyrs efterkommere, inklusive mennesker, blev til sidst fuldstændigt afhængige af virussen. Vi kan ikke længere reproducere uden det. Vi er en del virus!

Når et retrovirus bliver en gennemtrængende del af et arts -DNA, kalder forskere det for et endogent retrovirus. "Endogen", fordi den er inde i os fra fødslen. Det viser sig, at det menneskelige genom indeholder tusindvis af endogene retrovirussegmenter og#8211 langstrakt DNA med sekvenser, der matcher retrovirus. Heldigvis for os kan ingen af ​​dem stadig lave fuldgyldige retrovira. De har simpelthen muteret for meget til stadig at udføre deres originale “virusy ” funktioner.

Okay, så hvis alt dette er nyheder for dig, er det sandsynligvis meget at tage ind, så lad os opsummere superhurtigt, før vi ser på, hvordan ERV'er fungerer som bevis på evolution.

Et endogent retrovirus er en strækning af DNA, der findes i dit DNA, der kom dertil, da en af ​​dine forfædre blev inficeret af et retrovirus. I sjældne tilfælde finder virusgener ind i sæd- eller ægceller, hvor de kan blive en permanent del af et artsgenom.

Dine endogene retrovira (ERV'er) fungerer som historiske optegnelser over tidligere infektioner, som vores forfædre har lidt.

Nu spørger du måske på dette tidspunkt, “Hvordan ved vi med sikkerhed, at gener med lignende sekvenser som virusgener faktisk stammer fra vira? Er dette blevet eksperimentelt demonstreret? ”

I flere forskellige tilfælde: Ja!

Forskere tog for nylig humane celler inkuberet i petriskåle og muterede let DNA'et fra et af endogene retrovira for at se, om det ville begynde at producere vira igen. Sikkert nok det virkede! En uddød virus blev genoplivet fra en DNA -sekvens fundet i vores helt eget menneskelige genom! Endogene retrovira er virkelig de resterende ar efter gamle virusinfektioner.

Så hvordan fungerer alt dette som bevis på, at mennesker, chimpanser og andre primater virkelig udviklede sig fra en fælles forfader?

Nå, i 2003 blev det første udkast til chimpansegenomet offentliggjort. Samlet set er menneskelige DNA- og chimpans -DNA -sekvenser utroligt ens, men medmindre vi dykker dybere, kan denne kendsgerning alene ikke fortælle os sikkert, om evolution er en bedre forklaring end “fixed species ” ideen. Vi ved allerede, at mennesker og chimpanser har lignende træk. Hvis DNA koder for træk, bør vi også forvente, at vores DNA er ens, ikke sandt? I mange tilfælde er dette et rimeligt punkt, men ikke i tilfælde af endogene retrovira!

Husk, at dine endogene retrovira viser os den unikke historie med specifikke virusinfektioner, som dine forfædre har lidt. De kan lide ar i vores DNA, som og individet får i løbet af dets levetid og kan videregive til hans eller hendes efterkommere, men kun hans eller hendes efterkommere.

Her ser vi på kort over mennesker og chimpansekromosomer side om side. Kromosomer er de strukturer i vores celler, der indeholder vores DNA.

Hvis mennesker og chimpanser deler en fælles forfader, og hvis i det mindste nogle af de infektioner, vi finder i vores genom, opstod før chimpansen/menneskeopdelingen, skulle vi finde de samme virusgener på nøjagtig de samme steder i både mennesker og chimpansegener.

I modsætning hertil, hvis mennesker og chimpanser ikke er i familie, bør de ikke dele den samme historie med virusinfektioner.

Nu er det naturligvis muligt, at begge arter gennem historien blev inficeret af nogle af de samme vira (mennesker og chimpanser bliver nogle gange syge i dag), men hvis chimpanser og mennesker ikke er beslægtede, vil disse virusgener ikke blive fundet i identiske placeringer af både chimpanse og humant DNA. Dette skyldes, at når et retrovirus inficerer en vært, er der mange forskellige pletter i værtens genom, hvor det kan ende med at indsætte sig selv.

Omfattende laboratorieforsøg med retrovira har fundet ud af, at der er langt mere end 10 millioner mulige indsættelsespletter i det menneskelige genom. Med andre ord er chancen for, at et menneske og en chimpanse bliver smittet på nøjagtig samme sted af den samme specifikke virustype langt mindre end 1 ud af 10 millioner.

"Så siger du, at der er en chance?"

Det er latterligt usandsynligt, og det bliver hurtigt værre. Hvis to individer begge er smittet med kun 12 af de samme vira, er chancen for, at hver af disse 12 indsatte sig i de samme DNA -placeringer for begge værter, mindre end 1 i antallet af alle atomer, der anslås at eksistere i det observerbare univers!

For at få en grov idé om, hvor mange indsættelser der deles mellem mennesker og chimpanser, scannede forskere begge vores genomer på udkig efter en type retrovirus, de vidste var almindelig hos mennesker. De fandt 211 indsættelser i det menneskelige genom, 208 hos chimpanser. For at finde ud af om nogen af ​​disse indsættelser er de samme steder i både mennesker og chimpanser, sammenlignede de de unikke flankerende DNA -sekvenser på hver side af hver indsættelse. Hvis du tænker på virussen som et ar, er de flankerende sekvenser det sunde stykke væv omkring arret, der fortæller dig, hvor arret er placeret.

De fandt ud af, at vi ikke kun deler 1, ikke kun 12, men 205 indsættelser. 205 ud af 214 for netop denne virussgruppe!

Dette giver god mening, hvis evolution er sand. De 205 delte vira blev indsat engang før chimpansen/mennesket splittede. De 6 indsættelser, der er unikke for mennesker og de 3, der er unikke for chimpanser, repræsenterer enten indsættelser, der skete efter splittelsen, eller de repræsenterer deletionsmutationer, der fjernede et par vira i bare en slægt efter chimpansen/menneskeopdelingen.

I modsætning hertil, hvis vi vil tro på den faste arts opfattelse, er vi tvunget til at konkludere, at disse vira simpelthen deles ved et tilfælde.

Når vi laver regnestykket og endda sørger for at redegøre for de 9 vira, der ikke deles af de to arter, er chancen for at dette sker tilfældigt mindre end 1 i dette vanvittige antal her!

Dette bevis burde være nok til, at selv den mest tilbageholdende endnu, rationelle person omhyggeligt kunne afsætte den faste artsvisning.

Endogent retrovirus -DNA alene er mere end nok til uafhængigt at bekræfte, hvad vi allerede vidste fra undersøgelsen af ​​fossiler. Når det er sagt, er det, vi har set her, kun toppen af ​​isbjerget. Der er mange andre DNA -beviser tilgængelige. Sammen demonstrerer de, ud over enhver rimelig tvivl, at mennesker og chimpanser udviklede sig fra en fælles forfader. Vi er familie.


Bevis for, at vanedannende adfærd har stærke forbindelser til gammel retroviral infektion

Et retrovirus har en membran, der indeholder glycoproteiner, som er i stand til at binde til et receptorprotein på en værtscelle. Der er to tråde af RNA i cellen, der har tre enzymer: protease, revers transkriptase og integrase (1). Det første trin i replikationen er bindingen af ​​glycoproteinet til receptorproteinet (2). Når disse er blevet bundet, nedbrydes cellemembranen og bliver en del af værtscellen, og RNA -strengene og enzymerne kommer ind i cellen (3). Inden for cellen danner revers transkriptase en komplementær DNA -streng fra retrovirus -RNA'et, og RNA'et nedbrydes, denne DNA -streng er kendt som cDNA (4). CDNA'et replikeres derefter, og de to tråde danner en svag binding og kommer ind i kernen (5). Når det er kommet ind i kernen, integreres DNA'et i værtscellens DNA ved hjælp af integrase (6). Denne celle kan enten forblive i dvale, eller også kan RNA syntetiseres fra DNA'et og bruges til at skabe proteiner til et nyt retrovirus (7). Ribosomenheder bruges til at transkribere virusets mRNA til aminosyresekvenserne, som kan omdannes til proteiner i det ru endoplasmatiske net. Dette trin vil også fremstille virale enzymer og capsidproteiner (8). Viralt RNA vil blive fremstillet i kernen. Disse stykker samles derefter sammen og klemmes af fra cellemembranen som et nyt retrovirus (9). Kredit: Wikipedia/CC BY-SA 3.0

Ny forskning fra et internationalt team ledet af Oxford University's Department of Zoology og National-Kapodistrian University of Athens, offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), viser, at et gammelt retrovirus - HK2 - oftere findes hos stofmisbrugere og dermed er signifikant forbundet med afhængighed.

Det menneskelige genom er "fyldt" med rester af gamle retrovirusinfektioner, der invaderede kimlinjen hos vores primater forfædre. Kun en af ​​disse formerer sig muligvis stadig hos moderne mennesker ved navn HERV-K HML-2 (HK2), og ikke alle mennesker har de samme HK2-vira i deres genomer. En specifik usædvanlig HK2, der ligger tæt på et gen, der er involveret i dopaminerge aktivitet i hjernen (RASGRF2), findes hyppigere hos stofmisbrugere og er dermed signifikant forbundet med afhængighed.

Forskningsteamene fra Oxford University og University of Athens har vist, at HK2 kan manipulere gener i nærheden. Deres undersøgelse giver stærkt bevis på, at usædvanlige HK2 -integrationer kan være ansvarlige for den uvurderede patogene byrde ved vanedannende adfærd.

Teamet analyserede prøver af hepatitis C-virus (HCV) -inficerede patienter fra Storbritannien og hiv-inficerede patienter fra Grækenland, der var blevet inficeret i henhold til forskellige, kendte infektionsveje (injektion af lægemidler) for at bestemme hyppigheden af ​​HK2-integrationen i enkeltpersoner. Den særlige HK2-insertion i RASGRF2-genet er normalt udbredt i 5-10% af befolkningen.

Denne undersøgelse viser, at mennesker med veldefineret vanedannende adfærd, dvs. personer, der injicerer medicin (PWID), har 2 til 3 gange større sandsynlighed for at få integrationen af ​​HK2 inden for RASGRF2 (et gen, der er involveret i regulering af dopaminerg aktivitet i hjernen). Det er således en stærk indikation på, at HK2 inden for RASGRF2 disponerer disse mennesker i vanedannende adfærd.

Professor Katzourakis, fra University of Oxford, som var med til at lede undersøgelsen, sagde: 'Vi kender klare biologiske roller for et lille antal menneskelige endogene retrovira. Imidlertid har der aldrig før været stærke beviser til støtte for en rolle i menneskelig biologi af et endogent retrovirus, der ikke er fikset, med andre ord ikke deles af alle individer i befolkningen. Vores undersøgelse viser for første gang, at sjældne varianter af HK2 kan påvirke et komplekst menneskeligt træk. Replikationen af ​​dette fund i de forskellige kohorter i Athen og Glasgow er særlig vigtig. '

Dr. Magiorkinis, fra University of Athens, der ledede undersøgelsen, tilføjede: 'De fleste mennesker tror, ​​at disse gamle vira er harmløse. Indimellem har folk vist overudtryk af HK2 ved kræft, men det har været svært at skelne årsag fra virkning. Tilbage i 2012, efter en 20-årig kontrovers om deres patogene roller hos mennesker, forsøgte vi at teste højrisikohypotesen om, at HERV'er kan være ansvarlige for menneskelig sygdom. Vores forslag blev støttet af Medical Research Council, og nu har vi et stærkt bevis på, at HERV'er kan være patogene. For første gang er vi i stand til at skelne mellem årsag og virkning ved HERV -patogenicitet. '

Integrationen af ​​virussen går forud for fremkomsten af ​​moderne mennesker, som den er fundet i Neanderthal- og Denisovan -genomer, og derfor er det ikke PWID'ers adfærd, der bestemmer virusets tilstedeværelse. Det er snarere sandsynligt, at virussen er forbundet med vanedannende adfærd. Ikke alle PWID'er bærer denne virus, så der vil være mange andre genetiske og adfærdsmæssige faktorer involveret, men dette er en vigtig forudsigelsesfaktor i afhængighed. Desuden understøtter forskernes eksperimentelle arbejde en kausal rolle i udtrykket af RASGRF2 og dermed afhængighed.

Ved at yde støtte til en stærk genetisk disposition for vanedannende adfærd går Oxford-forskerteamet ind for støtte til medicinsk-farmakologiske interventioner til støtte for misbrugere. Deres undersøgelse viser, at nye sekventeringsteknologier og store genomiske projekter som f.eks. 100.000 genomprojektet vil give øget forståelse af genetiske træk, der tidligere ikke var velforståede.

Dr. Magiorkinis sagde: 'At kigge ind i denne "mørke" del af genomet vil låse op for flere genomiske hemmeligheder.'

De fleste HERV'er i genomet deles af de fleste mennesker. Så hvis du vælger to tilfældige mennesker og kontrollerer, om de har de samme HERV'er på den samme genomiske placering, vil det være der. Dette er ikke tilfældet med nogle kopier af HK2, der er variation, idet visse individer bærer ekstra kopier i deres genomer på forskellige steder. Overraskende nok ser det ud til, at der er nogle sjældne varianter, hvor den integrerede virus er 'kodende kompetent'. Med andre ord er det en ubrudt plan, der kan bruges til at lave flere vira, som kan være aktive og forårsage problemer for den menneskelige vært.

HERV'er bærer signaler til at manipulere værtens replikationsmaskineri, og de gør dette til deres egne egoistiske formål - for at øge deres kopital på værtens bekostning. Men hvis de integreres i nærheden af ​​et gen, vil de samme signaler påvirke ekspressionen og funktionen af ​​det gen, hvor de har integreret. Selvom forskere stadig har huller i deres forståelse af, hvordan dette præcist sker, viser forsøg fra dette forskerhold, at ved at indsætte HK2 i et gen blev transskriptionen af ​​genet signifikant ændret.

Siden opdagelsen af ​​HIV og (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV er dette det tredje tilfælde, hvor et humant retrovirus har været stærkt forbundet med en skadelig virkning hos mennesker. I dette tilfælde er den skadelige effekt, som forskere har identificeret, en kompleks adfærdstilstand. Det kan siges, at denne virus er 'betinget patogen', da mange mennesker kan bære den og ikke få negative konsekvenser.

HIV spredes mellem individer forskelle i forekomsten af ​​HK2 er stort set arvelige, selvom det er muligt, at nogle HK2 -vira stadig kan være infektiøse i den menneskelige befolkning. Et meget lovende område for fremtidig forskning er interaktionerne mellem HK2 og andre infektiøse humane vira. Det er bemærkelsesværdigt, at de to kohorter af PWID'er, som forskerne undersøgte, er kronisk inficeret med henholdsvis hiv og HCV.

Forskerne håber, at ved at forstå de mekanistisk-biokemiske træk ved vanedannende adfærd kan der udvikles bedre farmakologiske mål for lægemiddeludvikling. Og da HK2 (den forudsigende faktor) er et retrovirus, er det muligt, at eksisterende lægemidler kan bruges som udgangspunkt for forskning på dette område.


Et immunsystem for genomet

Baseret på vores nye fund foreslår vi, at der er et specialiseret immunsystem, der skal forsvares mod invasion af retroviralt genom. Ligesom det almindelige immunsystem inkluderer dette et medfødt svar-en slags generelt forsvar mod angribere-og en adaptiv reaktion, som lærer at genkende bestemte patogener og fjerne dem.

I de tidlige stadier af æg- eller sædinfektion resulterer den ændrede DNA -sekvens i et "molekylært mønster", der genkendes af et medfødt genomimmunsystem, som stopper virussens aktivitet og begynder at producere signatur -piRNA -sekvenser for at genkende invadereren.

Det medfødte immunrespons fungerer, indtil der oprettes en hukommelse om genom invadereren, og et sekvensspecifikt adaptivt svar starter.

Vi foreslår en ramme, hvorigennem en sekvens fra et invaderende retrovirus først kan få sine gener "tavset", og derefter gennem målrettede processer til sidst bliver den en integreret del af værtsgenomet.

Dette "genomimmunsystem" ændrer vores forståelse af, hvad der former alle dyrs genomer. Vi kan ikke mere se genomet som en forsvarsløs enhed styret udelukkende af naturlig selektion - det kæmper tilbage.

Forfattere: Keith Chappell, Senior Research Fellow, School of Chemistry and Molecular Biosciences, University of Queensland


Fange et retrovirus på gerningen

Næsten alle kendte retrovirus genominvasioner skete for millioner af år siden. KoRV er imidlertid en nylig identificeret undtagelse. Virussen spredes mellem individer, men inficerer også sæd- og ægceller, så mange koalaer fødes med dette patogen som en del af deres genom.

Mine kolleger og jeg ved University of Queensland samarbejder med forskere fra University of Massachusetts Medical School for at analysere, hvordan koala-sædceller og ægceller reagerer på KoRV-A-infektion.

Vores resultater, der blev offentliggjort i dag i Cell, tyder på, at disse celler monterer et nyt "medfødt genomimmunrespons" på virusinfektion, som kan hjælpe med at kontrollere spredningen af ​​infektiøs KoRV.

Inden for dette projekt analyserede teamet DNA og RNA fra forskellige vævsprøver fra afdøde vilde koalaer fra South East Queensland. (Ligesom DNA indeholder RNA også genetisk information om koalaerne - men det er også, hvad KoRV’s eget genom er lavet af.)

Holdet ledte specifikt efter korte sekvenser af RNA, mellem 23 og 35 nukleotider lange, kendt som PIWI Interacting RNA'er (piRNA'er). Klynger af piRNA -sekvenser bevares i genomet og tjener som en slags hukommelsesbank for uønskede sekvenser - signaturer af invaderende vira - der skal målrettes.


Fange et retrovirus på gerningen

Næsten alle kendte retrovirus genominvasioner skete for millioner af år siden. KoRV er imidlertid en nylig identificeret undtagelse. Virussen spredes mellem individer, men inficerer også sæd- og ægceller, så mange koalaer fødes med dette patogen som en del af deres genom.

Mine kolleger og jeg ved University of Queensland samarbejder med forskere fra University of Massachusetts Medical School for at analysere, hvordan koala-sædceller og ægceller reagerer på KoRV-A-infektion.

Vores resultater, der blev offentliggjort i dag i Cell, tyder på, at disse celler monterer et nyt "medfødt genomimmunrespons" på virusinfektion, som kan hjælpe med at kontrollere spredningen af ​​infektiøs KoRV.

Inden for dette projekt analyserede teamet DNA og RNA fra forskellige vævsprøver fra afdøde vilde koalaer fra South East Queensland. (Ligesom DNA indeholder RNA også genetisk information om koalaerne - men det er også, hvad KoRV’s eget genom er lavet af.)

Holdet ledte specifikt efter korte sekvenser af RNA, mellem 23 og 35 nukleotider lange, kendt som PIWI Interacting RNA'er (piRNA'er). Klynger af piRNA -sekvenser bevares i genomet og tjener som en slags hukommelsesbank for uønskede sekvenser - signaturer af invaderende vira - der skal målrettes.


Fange et retrovirus på gerningen

Næsten alle kendte retrovirus genominvasioner skete for millioner af år siden. KoRV er imidlertid en nylig identificeret undtagelse. Virussen spredes mellem individer, men inficerer også sæd- og ægceller, så mange koalaer fødes med dette patogen som en del af deres genom.

Mine kolleger og jeg ved University of Queensland samarbejder med forskere fra University of Massachusetts Medical School for at analysere, hvordan koala sæd og ægceller reagerer på KoRV-A infektion.

Vores resultater, der blev offentliggjort i dag i Cell, tyder på, at disse celler monterer et nyt "medfødt genomimmunrespons" på virusinfektion, som kan hjælpe med at kontrollere spredningen af ​​infektiøs KoRV.

Inden for dette projekt analyserede teamet DNA og RNA fra forskellige vævsprøver fra afdøde vilde koalaer fra South East Queensland. (Ligesom DNA indeholder RNA også genetisk information om koalaerne - men det er også, hvad KoRV’s eget genom er lavet af.)

Holdet ledte specifikt efter korte sekvenser af RNA, mellem 23 og 35 nukleotider lange, kendt som PIWI Interacting RNA'er (piRNA'er). Klynger af piRNA -sekvenser bevares i genomet og tjener som en slags hukommelsesbank for uønskede sekvenser - signaturer af invaderende vira - der skal målrettes.


Der er fundet et gammelt retrovirus i menneskeligt DNA - og det kan stadig være aktivt - Historie

(Inside Science) - Vira, der invaderede menneskehedens forfædres DNA for millioner af år siden, kan nu spille kritiske roller i de tidligste stadier af menneskelig udvikling, siger forskere.

Opdagelsen kaster lys over den centrale rolle, som vira kan have spillet i menneskelig udvikling, tilføjede forskere.

De tidlige stadier af embryonisk udvikling lægger grundlaget for det, der bliver til en organismes organer og væv. Tidligere forskning havde afsløret, at en lang række faktorer kan påvirke den tidlige menneskelige udvikling, såsom forældres kost og miljø. Now researchers find that viruses incorporated into the human genome may be another major factor.

Viruses infect cells in order to hijack their machinery and make copies of themselves. One type of virus known as a retrovirus does this by weaving its own genes into the DNA of its hosts. The most infamous retrovirus is HIV, the virus that causes AIDS.

In rare instances, retroviruses infect sperm or egg cells. If those cells go on to become part of a person, his or her cells will contain retroviral DNA, which they can then pass onto their descendants. Prior studies revealed that at least 8 percent of the human genome is made up of these so-called endogenous retroviruses — the remnants of retroviral infections our ancestors had millions of years ago. These retroviral elements no longer produce active viruses.

Scientists had long thought that endogenous retroviruses might be junk DNA that did nothing within the human genome. However, recent studies found that one class of endogenous retroviruses known as human endogenous retrovirus subfamily H, or HERV-H, is surprisingly active in human embryonic stem cells, and is key to their ability to become any other kind of cell in the body. Past research suggests that HERV-H sequences are unique to humans and great apes, invading primates less than 20 million years ago.

Now researchers find that retroviral material could play key roles from the beginning of human development.

"Endogenous retroviruses might have played an important role in human evolution," said lead study author Jonathan Göke, a computational biologist at the Genome Institute of Singapore.

The possibility that the early stages of human development might depend in part on genetic material from an outside source, much less a virus, is counter-intuitive, Göke said. Still, random mutations are a very slow way to introduce lasting changes to genomes — retroviruses may have proven a fast way at introducing genetic alterations, including ones important enough to steer the course of human development, he said.

The scientists investigated more than 650,000 retroviral elements within the human genome, about 5,000 of which belong to HERV-H. They analyzed previously published data about the activity of these retroviral elements in unfertilized egg cells and human embryonic stem cells, as well as during the earliest stages of development, including the one-cell stage, known as the zygote the two-cell, four-cell and eight-cell stages the morula, when the embryo becomes a solid ball of cells and the blastocyst, when the embryo becomes a hollow ball of cells.

"They did a really good job going the distance to dig through the data," said molecular biologist Didier Trono at the Federal Polytechnic School of Lausanne in Switzerland, who did not take part in this research.

The researchers discovered that roughly 1,400 of these retroviral elements were only expressed at specific times during embryonic development. They believe these are under control of the embryo's cellular machinery and therefore "potentially important in development," Göke said.

It remains uncertain what role these retroviral elements play in early human development, but it may have to do with how millions of years of evolution have made viruses masters at controlling the biology of their victims. One possibility is that embryos are using these retroviral elements as signals to switch on genetic activity within their cells. Originally, the retroviruses used these signals to activate themselves, but the cells may now have co-opted these signals to activate other parts of their genome instead, Göke said.

One challenge to determining what these retroviral elements do is that they do not exist in common lab animals such as mice, and they are not active in the human cell lines most widely used in research. Göke and his colleagues are now attempting to identify other cells these retroviral elements show activity in to study their function.

All in all, Trono noted that up to a whopping 70 percent or so of the human genome may actually come from retroviruses, much of it now too degraded to identify as such.

"These virus-like elements are increasingly now seen not as junk DNA, but as involved in regulating most aspects of human biology, from early development to the physiology of every single system, from our brain to our immune system," Trono said.

The scientists detailed their findings in the Feb. 5 issue of the journal Cell Stem Cell.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, and many other news outlets. He tweets at @cqchoi. Reprinted with permission from Inside Science, an editorially independent news product of the American Institute of Physics, a nonprofit organization dedicated to advancing, promoting and serving the physical sciences.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science.


Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection

New research from an international team led by Oxford University's Department of Zoology and the National-Kapodistrian University of Athens, published today in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), shows that an ancient retrovirus -- HK2 -- is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The human genome is "littered" with remnants of ancient retrovirus infections that invaded the germline of our primate ancestors. Only one of these may still be proliferating in modern humans named HERV-K HML-2 (HK2), and not all humans have the same HK2 viruses in their genomes. One specific uncommon HK2, which lies close to a gene involved in dopaminergic activity in the brain (RASGRF2), is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The Oxford University and University of Athens research teams have shown that HK2 can manipulate nearby genes. Their study provides strong evidence that uncommon HK2 integrations can be responsible for the unappreciated pathogenic burden of addictive behaviours.

The team analysed samples of Hepatitis C Virus (HCV)-infected patients from the UK and HIV-infected patients from Greece who had become infected according to distinct, known routes of infection (injecting drugs), to determine the frequency of the HK2 integration in individuals. The particular HK2 insertion in the RASGRF2 gene is usually prevalent in 5-10% of the population.

This study shows that people with well-defined addictive behaviour i.e. Persons Who Inject Drugs (PWID) are 2 to 3 times more likely to have the integration of HK2 within RASGRF2 (a gene involved in regulating dopaminergic activity in the brain). It is thus a strong indication that HK2 within RASGRF2 predisposes these people in addictive behaviour.

Professor Katzourakis, from the University of Oxford, who co-directed the study said: 'We know of clear biological roles for a small number of human endogenous retroviruses. However, there has never before been strong evidence in support of a role in human biology of an endogenous retrovirus that is unfixed, in other words not shared by all individuals in the population. Our study shows for the first time that rare variants of HK2 can affect a complex human trait. The replication of this finding in the distinct Athens and Glasgow cohorts is particularly important.'

Dr Magiorkinis, from the University of Athens, who led the study added: 'Most people think these ancient viruses are harmless. From time to time, people have shown overexpression of HK2 in cancer, but it has been difficult to distinguish cause from effect. Back in 2012, following a 20-year controversy regarding their pathogenic roles in humans, we sought to test the high-risk hypothesis that HERVs can be responsible for human disease. Our proposal was supported by the Medical Research Council, and now we have strong proof that HERVs can be pathogenic. For the first time, we are able to make a distinction between cause and effect in HERV pathogenicity.'

The integration of the virus predates the emergence of modern humans, as it has been found in Neanderthal and Denisovan genomes, and therefore it is not the behaviour of PWIDs that determines the presence of the virus. Rather, it is likely that the virus is associated with addictive behaviour. Not all PWIDs carry this virus so there will be many other genetic and behavioural factors involved, but this is an important predictive factor in addiction. Furthermore the researchers' experimental work supports a causal role in the expression of RASGRF2 and hence addiction.

By providing support for a strong genetic predisposition of addictive behaviour, the Oxford research team advocates in support of medical-pharmacological interventions in support of addicts. Their study shows that new sequencing technologies and large genomic projects such as the 100,000 genomes project will deliver enhanced understanding of genetic features that were previously not well-understood.

Dr Magiorkinis said: 'Looking into this "dark" part of the genome will unlock more genomic secrets.'

Most HERVs in the genome are shared by most human individuals. So if you pick two random people and check to see if they have the same HERVs in the same genomic location, it will be there. This is not true of some copies of HK2 there is variation, with certain individuals carrying extra copies in their genomes at distinct locations. Amazingly, it appears there are some rare variants where the integrated virus is 'coding competent'. In other words, it is an unbroken blueprint that could be used to make more viruses which could be active and cause problems to the human host.

HERVs carry signals to manipulate the host's replication machinery, and they do this for their own selfish purposes -- to increase their copy number at the expense of the host. However, if they integrate near a gene, these same signals will affect the expression and function of the gene near which they have integrated. While researchers still have gaps in their understanding of how exactly this happens, the experiments of this research team show that by inserting HK2 within a gene the transcription of the gene was significantly altered.

Since the discovery of HIV and (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, this is the third case in which a human retrovirus has been strongly linked with a harmful effect in humans. In this case, the harmful effect that researchers have identified is a complex behavioural condition. It could be said that this virus is 'conditionally pathogenic' as many individuals could carry it and not suffer negative consequences.

HIV spreads between individuals differences in prevalence of HK2 are largely heritable, although it is possible that some HK2 viruses could still be infectious in the human populations. A very promising area of future research are the interactions between HK2 and other infectious human viruses. It is notable that the two cohorts of PWIDs that the researchers investigated are chronically infected with HIV and HCV respectively.

The researchers hope that by understanding the mechanistic-biochemical features of addictive behaviour better pharmacological targets can be developed for drug development. And as HK2 (the predictive factor) is a retrovirus it is possible that existing drugs could be used as starting points for research into this area.


Se videoen: Virus Life Cycle for Different Viral Genomes dsDNA, ssDNA, dsRNA, ssRNA, + sense, - sense MCAT (Kan 2022).