O secvență de ADN identificată în genomul șoarecilor și care provine dintr-o străveche infecție virală se dovedește crucială pentru dezvoltarea embrionilor acestor rozătoare, conform unui nou studiu realizat la Laboratorul de Științe Medicale al Consiliului de Cercetare Medicală din Anglia și publicat în decembrie în jurnalul Science Advances, transmite Live Science.

Noua cercetare arată că acest ADN de proveniență virală activează gene care le oferă celulelor din embrionii de șoareci potențialul de a se specializa în aproape orice tip de celulă a organismului. ADN-ul viral, cunoscut drept „MERVL” este activat la rândul său de o o proteină denumită „factor de transcripție Dux”, care se atașează de secvență și pornește procesul de dezvoltare a embrionilor.

Deși este extrem de importantă, dacă proteina Dux rămâne activată pentru o perioadă mai lungă, ajunge să ucidă celulele. Varianta umană a proteinei Dux, denumită DUX4, provoacă o atrofie musculară progresivă atunci când anumite particularități o fac să fie activă prea mult timp în celulele musculare. Această boală ereditară, numită distrofie musculară facioscapulohumerală (FSHD), este în prezent incurabilă.

Noul studiu nu doar că dezvăluie rolurile MERVL și Dux din uter dar și detaliază impactul nociv pe care-l pot avea mai târziu în viață. Este „o cercetare importantă”, susține Sherif Khodeer, cercetător postdoctoral în domeniul celulelor embrionare la Universitatea belgiană KU Leuven, care nu a fost însă implicat în studiu.

Autorii studiului au folosit un instrument de editare genetică denumit „activare CRISPR” (CRISPRa) pentru a elucida relația strânsă dintre Dux și MERVL. Spre deosebire de instrumentul tradițional CRISPR, care taie ADN-ul pentru a-i schimba codul, CRISPRa intensifică activitatea anumitor gene fără a modifica secvența ADN pe care se află acestea.

Echipa a folosit CRISPRa pentru a activa pe rând Dux sau MERVL în celulele embrionare ale șoarecilor. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să examineze modul în care fiecare factor influențează dezvoltarea embrionară timpurie.

Când cercetătorii au activat doar MERVL, celulele stem au demonstrat „totipotență” sau capacitatea de a se transforma în orice tip de celulă – o caracteristică importantă a celor mai timpurii embrioni. Dar celulelor le lipseau trăsături cheie, au descoperit cercetătorii. Acest lucru sugerează că, deși MERVL joacă un rol important în dezvoltarea timpurie a embrionilor de șoarece, Dux este, de asemenea, necesar.

De cealaltă parte, activarea doar a Dux a produs celule care arătau mult mai mult ca celulele embrionare timpurii naturale. Așadar, cercetătorii cred că Dux activează genele necesare pentru dezvoltarea embrionului, independent de MERVL.

Deoarece Dux și MERVL sunt atât de strâns legate pe parcursul celor mai timpurii etape ale dezvoltării embrionare, oamenii de știință au suspectat anterior că MERVL ar putea contribui, de asemenea, la efectele nocive ale Dux mai târziu în viață. Dar noul studiu sugerează că nu este cazul.

Cercetătorii au testat modul în care Dux provoacă leziuni celulare, analizând efectele sale în celulele stem cu și fără o genă numită NOXA, despre care se știe că este implicată în moartea celulară declanșată de diverși factori de stres. Ei au descoperit că Dux activează această genă NOXA, care produce o proteină ce declanșează moartea celulară. Când echipa a eliminat NOXA, Dux a provocat mult mai puține daune. Acest lucru a arătat că NOXA este responsabilă pentru toxicitate, nu MERVL.

Se știa deja că NOXA este crescută în FSHD, boala umană care provoacă atrofie musculară. Este posibil ca dezvoltarea unui medicament care să inhibe NOXA să poată preveni moartea celulară în această afecțiune, contribuind astfel la îmbunătățirea supraviețuirii celulelor musculare, cred autorii studiului.

„Distrofia musculară facioscapulohumerală este o boală complexă”, a declarat într-un comunicat autoarea principală a studiului, Michelle Percharde. „Chiar dacă toate celulele unui pacient au modificările genetice care o cauzează, doar un subset de celule activează DUX4”, a explicat ea. „Înțelegerea a ceea ce declanșează activarea DUX4 doar în celulele musculare, precum și modul în care aceasta se compară cu activarea în dezvoltarea timpurie, sunt întrebări cheie pe care sperăm să le explorăm în cercetările viitoare”, a mai susținut ea.

Ar fi „valoros să se compare” modul în care funcționează Dux-ul șoarecilor și DUX4 uman, a spus Khodeer, adăugând că studiile viitoare ar trebui să exploreze, de asemenea, cu precizie modul în care MERVL controlează genele din apropiere și când și cum este dezactivat MERVL în timpul dezvoltării embrionilor de șoarece.

Un alt aspect crucial, indicat de Khodeer, este că MERVL nu este prezent în genomul uman. Dar oamenii de știință suspectează că anumite părți ale genomului uman ar putea fi echivalente cu MERVL. La fel ca la șoareci, aceste segmente de ADN sunt rămășițe ale infecțiilor virale antice.