Nowy artykuł jest wynikiem herkulesowych analiz obliczeniowych, w których uczestniczyli naukowcy z Niemiec, Hiszpanii i Wielkiej Brytanii, aby lepiej zrozumieć rolę starożytnych retrowirusów we wczesnym rozwoju embrionalnym – jak szkodzą i jak pomagają. Wywodzi się z pracy, którą Singh wykonał jako doktorant w Max Delbrück Center w Berlinie, kiedy zebrał zestawy danych z 11 badań, aby skrupulatnie prześledzić poszczególne embrionalne komórki macierzyste od zapłodnienia do implantacji.
Przeprowadził analizę, która pogrupowała komórki na podstawie podobieństwa ich ekspresji genów. Większość została pogrupowana według markerów genetycznych, które określają ich los w rozwijającym się zarodku – na przykład, czy staną się częścią ektodermy, prekursora komórek skóry i mózgu, lub endodermy, która ewoluuje w tkanki oddechowe i trawienne.
Ale jedna gromada nie wydawała się naznaczona żadną przyszłością. Zamiast tego miały sygnatury uszkodzeń DNA i prekursorów apoptozy, kontrolowanego mechanizmu, którego organizm używa do zabijania zestresowanych lub uszkodzonych komórek. Singh podejrzewał, że to uszkodzenie było wizytówką LINE-1. Zespół Singha nazwał te uszkodzone komórki „ODRZUCENIAmi”, co jest ukłonem w stronę ich przyczyny śmierci: RE dla „retroelementów”, takich jak LINE-1, „odrzuconych” z rosnącego zarodka.
Piątego dnia embrionu po zapłodnieniu zespół Singha odkrył, że samozniszczające się REjecty nadal istnieją obok zdrowych komórek, dla których ochrony są w stanie poświęcić się. Jednak komórki, które przeżyły, wyrażają coś, czego nie wyrażają komórki REject: HERVH. Pomimo bycia kolejnym starożytnym najeźdźcą, właściwie HERVH tłumi LINE-1, chroniąc pluripotencjalne komórki przed uszkodzeniem i zapewniając im dalsze podziały. „To rodzaj romantycznego związku” — mówi Singh. „Te retrowirusy dokonały inwazji, aby zabić system, a teraz pracują nad ochroną systemu przed innymi retrowirusami”.
Pięciodniowy zarodek jest otoczony zewnętrzną warstwą komórek, które wkrótce staną się łożyskiem. LINIA-1 jest również aktywna w tych komórkach, ale w przeciwieństwie do REjectów, nie umierają. Singh podejrzewa, że ponieważ łożysko utrzymuje się tylko przez dziewięć miesięcy, a nie przez całe życie, jego komórki nie trwają wystarczająco długo, aby uszkodzenie DNA miało znaczenie.
Te odkrycia są „niezwykłe” – mówi Ware. Jednak wyciąganie mocnych wniosków na temat rozwoju embrionalnego w łonie matki na podstawie badań laboratoryjnych jest trudne. Podczas gdy ekspresja LINE-1 i HERVH wydawała się wzajemnie wykluczać – REject wyraża LINE-1, a nie HERVH i odwrotnie w przypadku komórek, które przeżyły – badacze ci nie mieli możliwości znalezienia bezpośredniego dowodu na to, że HERVH kontroluje LINE-1, mówi Cedric Feschotte, biolog molekularny i profesor genetyki na Cornell University, który nie brał udziału w tym badaniu. Ware dodaje, że nie wiadomo również, czy REjecty są jedynie śmieciami, czy też pełnią funkcjonalną, choć krótkotrwałą rolę w rozwijającym się zarodku.
Badania nad embrionalnymi komórkami macierzystymi są również trudne do przeprowadzenia, ponieważ są obarczone etyką. Wiele regionów na to nie zezwala, aw tych, które to robią, naukowcy polegają na resztkach embrionów, zamrożonych w wieku około pięciu dni, przekazanych przez rodziców po udanym cyklu zapłodnienia in vitro. Ponieważ te zarodki są obserwowane poza ciałem rodzica, badacze „nie mogą całkowicie wykluczyć, że niektóre wyniki są artefaktem kultury in vitro” – mówi Feschotte.
Wraz z wprowadzeniem syntetycznych embrionów, trójwymiarowych kulek komórek pochodzących z komórek macierzystych, a nie z plemników i jajeczek, Feschotte uważa, że naukowcy mogą być w stanie odpowiedzieć na niektóre z tych nurtujących pytań.
Singh mówi, że zdolność do wybierania pluripotencjalnych komórek z komórek REject we wczesnym zarodku będzie niezbędna dla naukowców badających medycynę regeneracyjną, którzy muszą być w stanie wyhodować różne rodzaje tkanek ciała, aby stworzyć laboratoryjne modele chorób. Identyfikacja potencjalnych przyczyn uszkodzenia komórek embrionalnych również poszerza naszą wiedzę na temat wczesnej ciąży. Być może pewnego dnia, mówi Feschotte, monitorowanie poziomów ekspresji LINE-1 w embrionach rosnących w klinikach płodności może pomóc wyjaśnić bardzo wczesne straty na etapie implantacji.
Ale przede wszystkim odkrycia te pokazują, że genom to nie tylko instrukcja obsługi, ale cały ekosystem. „Istnieją interakcje między ofiarami a drapieżnikami” – mówi Feschotte. „Wszystkie te naprawdę skomplikowane interakcje biologiczne zachodzą w genomie”.
