古代逆转录病毒塑造脊椎动物大脑

来自 Altos 实验室-剑桥科学研究所、剑桥大学和其他地方的生物学家发现，逆转录病毒衍生的遗传元件(逆转录转座子)对于哺乳动物、两栖动物和哺乳动物中髓磷脂(围绕神经元轴突的绝缘鞘)的产生至关重要。鱼。该基因序列被称为RetroMyelin，很可能是古代逆转录病毒感染的结果，对哺乳动物、两栖动物和鱼类中RetroMyelin的比较表明，逆转录病毒感染和基因组入侵事件在这些群体中分别发生。

髓磷脂是一种复杂的脂肪组织，包裹着脊椎动物的神经轴突，能够快速传导冲动，而无需增加轴突直径，这意味着神经可以更紧密地排列在一起。

它还为神经提供代谢支持，这意味着神经可以更长。

髓磷脂大约与颌骨同时出现在生命树中，其在脊椎动物进化中的重要性早已被认识到，但直到现在，还不清楚是什么分子机制触发了它的出现。

剑桥科学研究所 Altos Labs 的 Tanay Ghosh 及其同事在检查少突胶质细胞(中枢神经系统中产生髓磷脂的细胞)所利用的基因网络时注意到了 RetroMyelin 在髓磷脂生成中的作用。

具体来说，他们正在研究这些基因网络中包括逆转录转座子在内的非编码区域的作用——这是以前在髓磷脂生物学背景下从未探索过的。

“逆转录转座子约占我们基因组的 40%，但我们对它们如何帮助动物在进化过程中获得特定特征一无所知，”Ghosh 博士说。

“我们的动机是了解这些分子如何帮助进化过程，特别是在髓鞘形成的背景下。”

在啮齿类动物中，研究人员发现RetroMyelin的RNA转录本调节髓磷脂碱性蛋白的表达，髓磷脂碱性蛋白是髓磷脂的关键成分之一。

当他们通过实验抑制少突胶质细胞和少突胶质细胞祖细胞(少突胶质细胞来源的干细胞)中的逆髓磷脂时，这些细胞无法再产生髓磷脂碱性蛋白。

为了检查RetroMyelin是否存在于其他脊椎动物物种中，科学家们在有颌脊椎动物、无颌脊椎动物和几种无脊椎动物的基因组中寻找相似的序列。

他们在所有其他有颌脊椎动物(鸟类、鱼类、爬行动物和两栖动物)中发现了类似的序列，但在无颌脊椎动物或无脊椎动物中没有发现类似的序列。

剑桥科学研究所 Altos 实验室的神经科学家罗宾·富兰克林 (Robin Franklin) 表示：“进化的驱动力使我们的轴突的脉冲传导速度更快，因为更快的脉冲传导意味着你可以更快地抓住东西或逃离东西。”

接下来，作者想知道RetroMyelin是否曾经被整合到所有有颌脊椎动物的祖先中，或者不同分支中是否存在单独的逆转录病毒入侵。

为了回答这些问题，他们构建了 22 个有颌脊椎动物物种的系统发育树，并比较了它们的 RetroMyelin 序列。

分析显示，RetroMyelin 序列在物种内部比在物种之间更加相似，这表明 RetroMyelin 是通过趋同进化过程多次获得的。

研究人员还表明，RetroMyelin 在鱼类和两栖动物的髓鞘形成中发挥着功能性作用。

当他们通过实验破坏斑马鱼和青蛙受精卵中的RetroMyelin基因序列时，他们发现发育中的鱼和蝌蚪产生的髓磷脂明显少于平常。

“我们的研究结果开辟了一条新的研究途径，探索逆转录病毒如何更普遍地参与指导进化，”戈什博士说。

该研究发表在《细胞》杂志上。