Древняя вирусная ДНК оказалась ключевой для развития человеческого эмбриона

Активность LTR5Hs влияет на способность hnPSCs формировать бластоиды. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09571-1

Наше древнее прошлое не всегда является похороненной историей. Когда речь идет о нашей ДНК, почти 9% человеческого генома состоит из остаточного генетического материала древних вирусов (называемых эндогенными ретровирусами или ЭРВ), которые инфицировали наших предков миллионы лет назад и навсегда интегрировались в наш генетический код. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые продемонстрировали, что один фрагмент этого вирусного «мусора» необходим для самых ранних стадий человеческой жизни.

Знания о том, как ЭРВ влияют на развитие человека, ограничены, поскольку ученые, очевидно, не могут проводить этичные эксперименты на эмбрионах. Чтобы преодолеть это, исследователи в данной работе использовали человеческие бластоиды — трехмерные модели, выращенные из стволовых клеток, которые имитируют структуру и ключевые типы клеток естественной бластоцисты. Это шар клеток, который формируется на ранних сроках беременности, примерно через пять-семь дней после оплодотворения.

Проверка роли вирусной ДНК

Команда сосредоточилась на конкретном типе ЭРВ, известном как HERVK LTR5Hs, который попал в нашу ДНК после того, как наша линия отделилась от мартышковых. Хотя это событие произошло миллионы лет назад, в эволюционно-генетических терминах оно считается относительно недавним.

Чтобы определить функциональный эффект этих вирусных остатков на ранний эмбрион, исследовательская группа использовала передовые генетические инструменты, которые действуют как молекулярные ножницы, чтобы отключить элементы LTR5Hs или полностью удалить их. Результаты были впечатляющими. Бластоиды либо погибали, либо превращались в неорганизованные комки. Это стало ясным доказательством того, что эта древняя ДНК необходима для стадии преимплантации человеческого развития.

Исследователи также углубились, чтобы выяснить, что происходит на субклеточном уровне. Они обнаружили, что элементы LTR5Hs действуют как мощные усилители, повышая активность соседних генов. Когда их активность подавляется, многие близлежащие гены, связанные с эпибластом (клеточным слоем, который в конечном итоге формирует эмбрион), «замолкают». То есть их активность снижается. Это показало, что вирусная ДНК напрямую ответственна за контроль этих важнейших ранних инструкций развития.

Одно из самых важных открытий касалось гена ZNF729. Команда обнаружила, что одна конкретная вставка LTR5Hs (дополнительный фрагмент ДНК, добавленный в последовательность ДНК), уникальная для людей, действует как мастер-ключ для активации этого гена. Поскольку ген регулирует фундаментальные клеточные процессы, такие как рост клеток и метаболизм, вирусный ДНК-мастер-ключ имеет решающее значение для нашего развития.

Как прокомментировала старший автор исследования Джоанна Высоцка:

«Наши результаты иллюстрируют, как недавно появившиеся транспозоны и гены могут обеспечивать развитие, необходимое для выполнения важнейших функций у людей».

Интересный факт: эндогенные ретровирусы не только играют роль в эмбриональном развитии, но и, как показали некоторые исследования, участвуют в формировании плаценты у млекопитающих, что делает их важным элементом нашей эволюционной истории.