比利时Leuven大学的研究人员最近在《Scientific Reports》报道,在漫长的演化过程中,脊椎动物已失去对抗病毒的古老防御机制。
昆虫和植物都有抵御病毒感染的远古防御机制,这些信息储存在它们的DNA密码中。科学家曾经认为包括人类在内的脊椎动物也拥有同样的机制,但是,比利时Leuven大学的研究人员最近在《Scientific
Reports》报道,在漫长的演化过程中,脊椎动物已经丧失了这种特殊的资产。
编码DNA表达需通过RNA,特定基因的表达抑制则需要RNA干扰(RNAi)。昆虫和植物可利用RNAi机制防御病毒,预防特定疾病,例如所谓的转基因作物。
多年来,科学家一直假设人类也能利用同样的方式免受疾病伤害,这似乎也是合乎逻辑的。然而,大量实验证明,在哺乳动物身上复制这种防御机制是一项巨大挑战。如今,Leuven大学动物生理学和神经生物学实验室向我们证明了根本原因。
Leuven大学研究员Niels
Wynant致力于Argonaute蛋白家族研究。Argonaute在RNAi中起核心作用,是RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing
complex,RISC)的重要零件。
“在第一阶段,我们跨多物种地比较了40多种生物的DNA,花费很长世间在这些生命体内寻找Argonaute,最终发现了3种不同类型的Argonaute,每一种都有特定的生物学作用,”Wynant说。“其中AGO1和AGO2对我们的研究尤其重要。AGO1家族参与自身基因表达调控,帮助确定实际被表达的DNA编码特征。AGO2家族负责抵御病毒,而脊椎动物缺乏AGO2蛋白。”
研究人员检查了海绵和腔肠动物的DNA,在这两种古老生物基因组中找到了AGO2蛋白编码基因。鉴于脊椎动物起源于这类古老的低等生物,推测脊椎动物的共同祖先一定也具备AGO2表型。“我们怀疑当脊椎动物开始进化出抗体、干扰素和T细胞等继发性免疫系统来抵御病毒时,AGO2蛋白就变得没那么重要了。”
在第二阶段,研究人员检查了Argonaute的进化速率。“出于抗病毒的功能,Argonaute不得不适应病毒突变而飞快进化,”Niels
Wynant说。“在无脊椎动物中,我们看到AGO2蛋白的进化速率确实比AGO1快很多。但在脊椎动物中,我们还未曾发现有如此高速进化的DNA组分。”
本文在基因组进化层面上首次解释了为什么RNAi在人类体内没有昆虫体内那么有效。
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原文标题
The evolution of animal Argonautes: evidence for the absence of antiviral AGO Argonautes in vertebrates