Según los investigadores de la Facultad de medicina de la Universidad de Stanford, el material genético de las infecciones virales antiguas es fundamental para el desarrollo humano.
Han identificado varias moléculas de ARN no codificantes de origen viral que son necesarias para que un óvulo humano fertilizado adquiera la capacidad en el desarrollo temprano de convertirse en todas las células y tejidos del cuerpo. Bloquear la producción de esta molécula de ARN detiene el desarrollo en supistas, encontraron.
El descubrimiento se produce inmediatamente después de un estudio de Stanford a principios de este año que muestra que los primeros embriones humanos están llenos de lo que parecen ser partículas virales que surgen de material genético similar que se deja atrás.
"Estamos comenzando a acumular evidencia de que estas secuencias virales, que originalmente pueden haber amenazado la supervivencia de nuestra especie, fueron cooptadas por nuestros genomas para su propio beneficio", dijo Vittorio Sebastiano, PhD, profesor asistente de obstetriciay ginecología: "De esta manera, incluso pueden haber contribuido con características específicas de especies y procesos celulares fundamentales, incluso en humanos".
Sebastiano es coautor y coautor principal del estudio, que se publicará en línea el 23 de noviembre en Genética de la naturaleza . El erudito posdoctoral Jens Durruthy-Durruthy, PhD, es el otro autor principal. El otro autor principal del artículo es Renee Reijo Pera, PhD, ex profesora de obstetricia y ginecología en Stanford, quien ahora está en la facultad del estado de MontanaUniversidad.
Sebastiano y sus colegas estaban interesados en aprender cómo las células se vuelven pluripotentes, o pueden convertirse en cualquier tejido del cuerpo. Un huevo humano se vuelve pluripotente después de la fertilización, por ejemplo. Y los científicos han aprendido cómo inducir a otras células humanas completamente desarrolladas ase vuelven pluripotentes al exponerlos a proteínas que se sabe que están presentes en los primeros embriones humanos, pero los detalles moleculares esenciales de este proceso transformador no se comprenden bien en ninguno de los casos.
Una infección antigua
Los investigadores sabían que un tipo de moléculas de ARN llamadas no codificantes intergénicas largas, o ARNinc, se han implicado en muchos procesos biológicos importantes, incluida la adquisición de pluripotencia. Estas moléculas están hechas de ADN en el genoma, pero nocontinúan produciendo proteínas. En su lugar, funcionan como moléculas de ARN que afectan la expresión de otros genes.
Sebastiano y Durruthy-Durruthy usaron técnicas de secuenciación de ARN recientemente desarrolladas para examinar qué ARNinc se expresan altamente en las células madre embrionarias humanas. Anteriormente, este tipo de análisis se vio obstaculizado por el hecho de que muchas de las moléculas contienen regiones muy similares y muy repetitivas queson difíciles de secuenciar con precisión.
Identificaron más de 2.000 secuencias de ARN previamente desconocidas, y encontraron que 146 se expresan específicamente en células madre embrionarias. Se centraron en las 23 secuencias más altamente expresadas, que llamaron HPAT1-23, para su posterior estudio. Trece de ellas,descubrieron que estaban compuestos casi en su totalidad por material genético dejado después de una infección de hace eones por un virus llamado HERV-H.
HERV-H es lo que se conoce como retrovirus. Estos virus se propagan insertando su material genético en el genoma de una célula infectada. De esta manera, el virus puede usar la maquinaria de producción de proteínas de la célula para generar proteínas virales para ensamblarlas en unnueva partícula viral. Esa partícula pasa a infectar otras células. Si la célula infectada es un esperma o un óvulo, la secuencia retroviral también puede transmitirse a las generaciones futuras.
El VIH es un retrovirus común que actualmente causa enfermedades en los seres humanos. Pero nuestros genomas también están llenos de secuencias dejadas por infecciones retrovirales hace mucho tiempo. A diferencia del VIH, que puede infectar nuevas células, se cree que estas secuencias retrovirales sonrelativamente inerte; millones de años de evolución y mutaciones acumuladas significan que pocos mantienen la capacidad de dar instrucciones para proteínas funcionales.
Después de identificar HPAT1-23 en células madre embrionarias, Sebastiano y sus colegas estudiaron su expresión en blastocistos humanos, el grupo hueco de células que surge del óvulo en los primeros días después de la fertilización. Descubrieron que HPAT2, HPAT3 y HPAT5 eranexpresado solo en la masa celular interna del blastocisto, que se convierte en el feto en desarrollo. El bloqueo de su expresión en una célula de un embrión de dos células detuvo a la célula afectada de contribuir a la masa celular interna del embrión. Otros estudios mostraron que la expresión detambién se requieren tres genes para la reprogramación eficiente de células adultas en células madre pluripotentes inducidas.
Secuencias que se encuentran solo en primates
"Esta es la primera vez que se ha demostrado que estas moléculas de ARN derivadas de virus están directamente involucradas y son necesarias para los pasos vitales del desarrollo humano", dijo Sebastiano. "Lo realmente interesante es que estas secuencias se encuentran solo en primates, lo que aumentala posibilidad de que su función haya contribuido a características únicas que distinguen a los humanos de otros animales ".
Los investigadores continúan sus estudios de todas las moléculas de HPAT. Han aprendido que HPAT-5 afecta específicamente la pluripotencia al interactuar y secuestrar a los miembros de otra familia de ARN involucrados en la pluripotencia llamada let-7.
"Anteriormente los elementos retrovirales se consideraban una clase que funcionaba básicamente de la misma manera", dijo Durruthy-Durruthy. "Ahora estamos aprendiendo que funcionan como elementos individuales con roles muy específicos e importantes en nuestras células. Esfascinante imaginar cómo, durante el curso de la evolución, los primates comenzaron a reciclar estas sobras virales en algo beneficioso y necesario para nuestro desarrollo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro médico de la Universidad de Stanford . Original escrito por Krista Conger. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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