Dieses mysteriöse Stück „Müll“-DNA könnte eine entscheidende Rolle bei der Förderung der Gesundheit spielen

By | January 25, 2024

Vor einigen Millionen Jahren stieß ein entfernter Vorfahre aller Tiere auf ein Virus, das sein eigenes genetisches Material in das Lebewesen einschleuste. Im Laufe der Tierentwicklung sammelten sich diese viralen DNA-Stücke bei jeder neuen Begegnung an und wurden von Generation zu Generation weitergegeben.

Heute stammen zwischen acht und zehn Prozent des menschlichen Genoms von Viren. Früher dachten Wissenschaftler, dass diese übrig gebliebenen viralen Gene (manchmal auch endogene Retroviren genannt) nichts weiter als Müll seien – daher der Begriff „Junk-DNA“. Neue Forschungsergebnisse der letzten Jahre deuten jedoch darauf hin, dass sie alles andere als eine genetische Platzverschwendung sind. Einige Gene innerhalb dieser DNA prägen beispielsweise die Anatomie von Tieren, helfen bei der korrekten Gruppierung von Chromosomen im Zellkern oder unterstützen die Reaktion des Immunsystems auf Viren.

In einer am Mittwoch in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlichten Studie haben Forscher des spanischen Nationalen Zentrums für Krebsforschung (CNIO) herausgefunden, dass etwas Junk-DNA für die Embryonalentwicklung von entscheidender Bedeutung sein könnte, einen molekularen Wendepunkt, der Zellen für eine Weile in einen Zustand unendlichen Potenzials versetzt gerichtetere Flugbahn. .

Fötale Entwicklung

Die Junk-DNA, die dieser Veränderung zugrunde liegt, wird als endogenes Retrovirus MuERV-L (oder MERVL) bezeichnet. Die Forscher entdeckten bei Mäusen, dass MERVL-gag, ein retrovirales Protein aus den endogenen MERVL-Retroviren, mit einem Gen namens URI interagiert, das Einfluss darauf hat, ob sich ein Embryo reibungslos und im richtigen Tempo entwickelt oder nicht.

„Es ist eine völlig neue Rolle für endogene Retroviren“, sagte Nabil Djouder, ein CNIO-Zellbiologe, der die Studie leitete, in einer Pressemitteilung. „Wir haben einen neuen Mechanismus entdeckt, der erklärt, wie ein endogenes Retrovirus die Fähigkeit einer embryonalen Zelle, sich in viele verschiedene Zelltypen zu entwickeln, die sogenannte Pluripotenz, direkt steuert.“

URI, auch bekannt unter seinem unkonventionellen Präfoldin-Interaktor RPB5, gehört zu der Klasse von Molekülen namens Präfaltine, deren Funktion darin besteht, dafür zu sorgen, dass sich Proteine ​​in unseren Zellen korrekt falten und nicht zusammenklumpen, ähnlich wie die Theatercrew hinter den Kulissen, die hinter den Kulissen für Ordnung sorgt die Szenen.

Studien an Mäusen ergaben, dass eine zu aktive URI in einer Zelle zu Krebs führte; Als es bei erwachsenen Mäusen genetisch entfernt wurde, führte es zu Organversagen. In Studien mit Würmern und Fruchtfliegen verhinderte die Löschung anderer Vorfaltungsgene, dass Embryonen vollständig heranwuchsen. Dies warf die Frage auf, ob URI auch an der Embryonalentwicklung beteiligt war.

Andererseits ist bekannt, dass endogene MERVL-Retroviren aktiv sind, wenn sich eine befruchtete Eizelle (oder Zygote) in einen zweizelligen Embryo teilt, die einzeln Blastomere genannt werden. Zu diesem Zeitpunkt sind diese Zellen totipotent, was bedeutet, dass sie die Kraft und das Potenzial haben, jede Art von Zelle im Körper zu werden. Um jedoch zu verhindern, dass die Blastomeren ihre embryonale Spur verlassen und unkoordiniert zu dem werden, was sie wollen, werden bestimmte Gene aktiviert, um die Zellen dazu zu bringen, sich zu spezialisierten Zelltypen wie Muskeln oder Nerven zu entwickeln.

Einigen Studien zufolge sind endogene MERVL-Retroviren eines der ersten Gene, die in frühen Embryonen aktiviert werden, und scheinen dabei zu helfen, Gene im Zusammenhang mit Totipotenz voranzutreiben. Interessanterweise führt die MERVL-Aktivierung in pluripotenten Stammzellen dazu, dass diese in einen frühen embryoähnlichen Zustand zurückversetzt werden. Allerdings kann ein Umgang mit MERVL zu großen Problemen führen, wie zum Beispiel der Unfähigkeit von Zellen, sich in bestimmte Typen aufzuteilen. Aber wie bei der URI bleibt es ein Rätsel, wie dieses faszinierende Stück Müll-DNA einen so großen Einfluss auf das Schicksal einer embryonalen Zelle ausüben kann.

Ein neuer Mechanismus

Um herauszufinden, ob zwischen beiden ein Zusammenhang fehlt, experimentierten Djouder und seine CNIO-Kollegen damit, endogene MERVL-Retroviren – insbesondere das MERVL-gag-Protein – sowie das URI-Gen in Mausembryos zu löschen, zu aktivieren und zu deaktivieren.

Sie fanden heraus, dass URI als eine Art molekularer Leibwächter für zwei weitere Gene fungiert, die mit Entwicklung und Pluripotenz verbunden sind: OCT4 bzw. SOX2. Es schützt sie vor Schäden und ermöglicht dem Embryo den Übergang von der Totipotenz zur Pluripotenz. MERVL-gag ist jedoch die angeheuerte Waffe aus Junk-DNA, die URI eliminiert und den frühen Embryo totipotent hält.

Aber das alles geschieht in einer reibungslosen, sequentiellen Reihenfolge. Schon früh, wenn der frühe Embryo totipotent ist, zirkuliert MERVL-gag in großen Mengen und hält den URI durch Bindung an ihn still. Schließlich sinken ihre Werte, wodurch der URI wieder frei wird, um OCT4 und SOX2 zu schützen, sodass der frühe Embryo sich weiter zu einer kribbelnden Masse pluripotenter Zellen ausdehnen kann.

Obwohl diese Forschung noch lange nicht abgeschlossen ist, sehen Wissenschaftler, dass dieser molekulare Mechanismus eine ganze Reihe von Möglichkeiten eröffnet, beispielsweise die Schaffung stabilerer embryonaler Stammzellen (ESCs), bei denen es sich um Zellen handelt, die über unbegrenzte Selbsterneuerungsfähigkeiten verfügen und sich in neue Zellen verwandeln jeder Zelltyp im Körper.

„Diese konstruierten ESCs könnten vielfältige Anwendungen finden, darunter regenerative Medizin, Krankheitsmodellierung und die Schaffung künstlicher Embryonen“, schreiben die Autoren in ihrer Arbeit.

Obwohl künstliche Embryonen ein heikleres ethisches Problem darstellen, Blade Runner 2049Eine seltsame Frage, die man sich stellen sollte. Vielleicht zeigt sie, dass alles, was nicht glänzt, tatsächlich genetisches Gold ist.

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