《人类的心脏可能是被病毒搞大的?斯坦福科学家《细胞》子刊新发现》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-09-09
  • 在一部名叫《圣诞怪杰》(How the Grinch Stole Christmas)的电影里,金·凯瑞(Jim Carrey)扮演的绿色精灵格林奇“心胸狭窄”,心脏只有人类的1/4大小,他偷走了圣诞节的一切喜悦和美好。不过后来,小镇上的人们向他展示了圣诞节的真正含义(在逆境中彼此相爱),他的心脏膨大到了原来的三倍。

    字面意义上的“心变大”,在健康人类身上并不是一蹴而就的过程。不过,人类和大猩猩等大型灵长动物在演化过程中,心脏尺寸的确发生了“格林奇式”的转变,相比最初的小型哺乳动物,增加了好几倍。一般认为,更大的心脏增加了血液供应能力,从而一定程度上成就了我们如今相对较大的体型。

    最近,斯坦福大学医学院的Kitchener Wilson博士与其心血管研究所所长吴庆明(Joseph Wu)教授等科学家合作,揭示了促进心脏变大的一个因素:竟然是默默藏身于我们基因组里的病毒序列。

    这些病毒片段来自古老的病毒感染。几千万年,某些逆转录病毒感染了我们的猿类祖先,并把自己的遗传物质插入了宿主的基因组,一直流传下来,被称为内源性逆转录病毒。

    多年来人们认为,DNA里混进来的这些古老搭车客对宿主细胞的发育或功能并无影响。但最近,科学家们开始意识到,其中某些序列对邻近基因的表达很重要,特别

    让这支研究团队感兴趣的,是内源性逆转录病毒衍生的一种长链非编码RNA序列,被称为BANCR。除了出现在某些癌症中,BANCR仅仅在人类等少数几种大型灵长动物发育中的心肌细胞里活跃。

    心肌细胞是难以再生的心脏细胞,它们的协调收缩导致了心脏跳动。而BANCR特别存在于胎儿心肌细胞中这一事实表明,它对心脏发育十分重要。

    “我们利用诱导多能干细胞技术,研究了BANCR表达在人类、大猩猩、黑猩猩和猕猴的胚胎心肌细胞中的影响,发现它会有助于发育中的心肌细胞进行迁移。” Wilson博士说。

    一些有趣的迹象表明,BANCR对心肌细胞迁移的作用会影响心脏大小。

    啮齿类动物体内没有BANCR。而研究人员在胚胎小鼠中人工导入BANCR以后,动物发育出的心脏拥有大于正常尺寸的左心室。对大鼠心脏注射一种表达BANCR的病毒,在特定实验条件下,同样导致了心脏的扩张。这些结果进一步表明,BANCR具有促进心脏增大的作用。

    此外,研究人员发现有一种叫扩张型心肌病的儿童罕见病,患者心脏异常大而且功能差,表达的BANCR则高于正常水平。这种疾病可能危及生命。研究者谨慎地期望,他们的发现或能应用于未来的可能疗法。

    “如今我们有一些证据表明,这种逆转录病毒序列特异地影响了心脏的大小和功能。”Wilson博士总结说,“我们看到,灵长类祖先身上发生了古老的病毒感染,后来所有携带这些序列的灵长动物都有了更大的心脏。”

    事实上,我们体内的这类病毒“化石”并不罕见,人类基因组的8%~10%由内源性逆转录病毒组成,是实际编码蛋白质的基因的四五倍。越来越多的证据显示,这些古老病毒感染的残留物可能参与了癌症、精神分裂、多发性硬化等诸多疾病的发生,而它们看来还改变了人类演化的进程,如今从人类胚胎成形之处就开始影响我们。

  • 原文来源:http://news.bioon.com/article/6778125.html
相关报告
  • 《Nat Med深度解读!科学家发现SARS-CoV-2病毒或能感染人类口腔中的细胞!》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2021-03-30
    • 日前,一篇刊登在国际杂志Nature Medicine上题为“SARS-CoV-2 infection of the oral cavity and saliva”的研究报告中,来自美国国立卫生研究院等机构的科学家们通过研究发现,引发COVID-19的病毒SARS-CoV-2或能感染口腔中的细胞。众所周知,上呼吸道和肺部组织是SARS-CoV-2感染的主要部位,但有研究线索表明,该病毒还会感染机体其它部位,比如消化道、血管、肾脏等,而本文最新研究表明,SARS-CoV-2还能感染口腔;其感染机体其它多个部位的潜力或能帮助解释COVID-19患者机体所出现的广泛的疾病症状,包括味觉丧失、口干及口腔起泡等口腔症状。此外,本文研究结果还指出,口腔或许在SARS-CoV-2传播到肺部和消化系统中扮演着关键角色,而这一过程是通过富含感染口腔细胞的病毒的唾液来实现的,更好地理解口腔在其中扮演的角色或能帮助开发减少病毒在体内和体外扩散传播的新型策略。 研究者Rena D'Souza表示,由于NIH为应对疫情采取了全员参与的应对措施,来自美国国立牙科和颅面研究所的研究人员也借助他们在口腔生物学和医学方面的专业知识来帮助回答有关COVID-19的关键问题。研究人员阐明了口腔在SARS-CoV-2感染和传播过程中扮演的关键角色,这一研究发现增加了目前科学家们对有效防治COVID-19的观点和知识。 如今研究人员已经知道,COVID-19患者的唾液中含有高水平的SARS-CoV-2,而且研究表明,唾液检测用于诊断COVID-19与鼻腔深部拭子的检测一样可靠。然而,科学家们并不是非常清楚的是,唾液中的SARS-CoV-2来自于哪里?在表现呼吸道症状的COVID-19患者群体中,唾液中的病毒很有可能来自于其鼻腔引流液或从肺部咳出的痰液,但研究者表示,这或许无法解释病毒是如何进入并未表现出呼吸道症状患者的口腔唾液中的。基于实验室的研究数据,研究人员推测,至少唾液中的一部分你病毒可能来自于患者口腔本身被感染的组织。 为了探索这种可能性,研究人员调查了来自健康人群的口腔组织来确定对SARS-CoV-2感染易感的口腔区域;易感细胞中含有特殊的RNA序列,其能帮助制造“进入蛋白”来帮助病毒进入细胞,研究人员在唾液腺和口腔内组织的某些细胞中发现了两种编码特殊进入蛋白的RNA,这两种蛋白质分别为ACE2受体和TMPRSS2酶,在一小部分唾液腺和牙龈细胞中,编码产生ACE2和TMPRSS2的RNA在同一细胞中表达,这就表明,易感性的增加是因为病毒被认为需要两种进入蛋白才能进入细胞。 研究者Warner说道,进入因子的表达水平与已知的易受SARS-CoV-2感染的区域类似,比如上呼吸道鼻腔通道中的组织等。一旦研究人员确认了口腔中对SARS-CoV-2易感的区域后,他们就能在COVID-19患者的口腔组织样本中寻找感染的证据,在NIH收集的因COVID-19死亡的患者机体样本中,研究人员发现,SARS-CoV-2病毒的RNA存在于被检查的一半以上唾液腺中,在其中已故的一位患者及一名急性COVID-19患者的唾液腺组织中,研究人员检测到了病毒RNA的特定序列,这或许表明,细胞正在积极地制造新的病毒拷贝,这就进一步增强了病毒所感染的证据。当研究人员发现了口腔组织感染的证据后,他们想知道是否这些组织可能是唾液中的病毒来源,而实际情况似乎是这样,在轻度或无症状的COVID-19患者机体中,从口腔脱落到唾液中的细胞被发现含有SARS-CoV-2病毒的RNA以及能编码进入蛋白的RNA序列。 为了确定唾液中的病毒是否具有噶男性,研究人员将来自8名无症状的COVID-19患者机体的唾液暴露于于培养皿中培养的健康细胞,其中两名志愿者的唾液感染了这些健康细胞,这就提出了可能性表明,即使无症状的感染者或许也会将感染性的病毒颗粒通过唾液传播给其他人群。最后,为了阐明口腔症状和唾液中病毒之间的关联,研究人员收集了来自35名轻度或无症状COVID-19志愿者的唾液样本,在出现症状的27人中,唾液中含有病毒的人更有可能报告味觉和嗅觉的丧失,这就表明,口腔感染可能是COVID-19患者出现口腔症状的基础。综合来看,本文研究结果表明,通过感染口腔细胞,口腔在SARS-CoV-2病毒的感染和传播过程中扮演着非常重要的角色,这要比此前研究人员认为的还要重要。当受感染的唾液被吞咽或吸入其中的微小颗粒时,研究人员认为其或许会潜在地将SARS-CoV-2进一步传播到机体的喉咙、肺部甚至肠道组织中。 后期研究人员还需要进行更多的研究来在更大规模的人群中证实这一研究结果,并确定口腔在体内或体外参与SARS-CoV-2感染和传播的确切性质。最后研究者Warner表示,通过揭示口腔在SARS-CoV-2病毒感染过程中发挥的未被重视的作用,我们的研究或提供了新的思路,来更好地帮助理解SARS-CoV-2的感染和传播机制;诸如此类研究结果也能够帮助指导开发抵御病毒感染并减缓COVID-19患者口腔症状的新型策略或方法。
  • 《新冠病毒或只是“冰山一角”,科学家新发现5500种RNA病毒》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-05-09
    • 近日,来自美国、法国和瑞士等国家的国际研究团队,借助人工智能机器学习,从世界各地收集的海水样本中确定了5500种新的RNA病毒,创建了一个关于RNA病毒的数据库。相关研究成果以“Cryptic and abundant marine viruses at the evolutionary origins of Earth’s RNA virome”为题,发表在Science上。这项研究增加了生态学研究的可能性,重塑了人们对这些小但重要的亚微观粒子如何进化的理解。另外,此项发现也有助于科学家更好地了解地球上的早期生命是如何进化的,进而追溯生命的起源。 目前科学界对于RNA病毒在疾病之外的研究和认识并不充分,其进化速度比DNA病毒快得多。虽然科学家们已经对自然生态系统中数十万种DNA病毒进行分类,但对RNA病毒的研究却相对较少。 在这项研究中,为了识别含有RNA遗传物质的新病毒,研究人员通过运用机器学习和系统发育树两种方法,对全球约35000个水样进行分析,最终发现了5500种新病毒。在此前,国际病毒分类委员会(ICTV)确认了RNA病毒界的五个门类,而此次新发现的RNA病毒并不能完全被归入已知的病毒门类当中,至少需要5个新的RNA病毒门类才能囊括它们。研究人员将这些病毒分别归入五个新提出的病毒门类,包括Taravircota、Pomiviricota、Paraxenviricota、Wamoviricota和Arctivicota。 论文主要作者Matthew Sullivan表示,在整个海洋中发现了一个完整的RNA病毒门类Taravircota,这表明它们在生态上非常重要。这一新的RNA病毒门类可能是数十亿年前早期RNA病毒进化中“缺失的一环”,将RNA病毒两个不同的已知分支连接起来,这两个分支据称在复制方式上存在分歧。这些努力为将RNA病毒整合到生态和流行病学模型中提供了关键基础知识。 研究人员从海上浮游生物体中提取基因序列,并将分析范围缩小到含有RdRp这一基因的RNA序列,这种基因在RNA病毒中已经进化了数十亿年,而在其他病毒或细胞中并不存在。RdRp的存在可以追溯到地球上首次发现生命时,到如今,它的序列位置已经发生多次变化,因而传统的系统发育树关系不能仅用序列来描述。研究人员使用机器学习来分析44000个新序列,以总结数十亿年的序列变化,并通过展示该技术已准确分类已识别的RNA病毒序列来验证该方法。 对此,Sullivan表示:“我们创造了一种计算可复制的方式来校准RNA病毒序列,我们有信心可以更准确地反映RNA病毒的进化”。Zayed表示:“RdRp是最古老的基因之一,弄清楚RdRp是如何随时间进化的,可能有助于更好地理解地球上早期生命是如何进化的。这不仅是在追溯病毒的起源,也是在追溯生命的起源”。