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Nature关注:为什么雄性肌肉多于雌性?或许与一种病毒蛋白有关

2016/09/14 来源:生物探索
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导读
为什么许多雄性哺乳动物的肌肉量多于雌性动物?最新研究证实,这与一种起源于病毒的包膜蛋白——合胞素syncytin有关联。科学家发现,合胞素蛋白除了负责参与胎盘的发育,还参与调控肌肉的生成。


人类与病毒的斗争历史悠远,致病性病毒入侵机体会造成感染、引发疾病。但是病毒也可以“化为己用”,例如作为药物载体、杀虫剂、治疗疾病等用途。

逆转录病毒一旦进入宿主细胞,会将其遗传物质插入宿主基因组中,并利用细胞中的物质和能力以及宿主DNA复制、转录和翻译能力进行扩增繁殖。其中,有一些病毒基因会被人类基因组“捕获”,从而负责宿主相关生理过程。

近期,来自于法国国家科学研究中心(CNRS)的科学家们发现一种病毒蛋白——合胞素syncytin,除了参与胎盘发育之外,还有助于增加雄性小鼠的肌肉量。相关研究成果发表于《PLOS Genetics》期刊。

这一最新成果有望用于揭开生物学一个未解之谜:为什么许多雄性哺乳动物的肌肉量多于雌性动物?

病毒的遗产:合胞素syncytin

过去15年的研究已经表明,构成人类DNA的30亿对碱基中约8%来源于病毒残留。其中,不少病毒基因会逐渐衰退并失效。

2000年,合胞素被发现。它最初是逆转录病毒的包膜蛋白,负责调控逆转录病毒与宿主细胞的融合,确保病毒遗传物质插入宿主DNA中。伴随着遗传进化,合胞素蛋白逐渐被人类所用,且编译序列几乎没有发生变化。研究表明,合胞素蛋白负责参与胎盘形成,促使一些胎盘细胞与母体子宫细胞融合,形成胎盘的外层。而且,不同的哺乳动物拥有不同类型的合胞素蛋白。

哥本哈根大学的病理学家Lars-Inge Larsson表示:“利用病毒指引细胞融合出现于3000万年前有点让人难以置信。”

抑制合胞素会降低雄性小鼠的肌肉量

法国国家科学研究中心的病毒学家Thierry Heidmann带领研究团队试图弄清楚:如果删除合胞素蛋白编码基因,小鼠会发生哪些变化?

在小鼠基因组中,合胞素基因有两个拷贝(A、B)。研究人员发现,删除合胞素B、保留合胞素A会导致小鼠后代体型变小且虚弱多病。

最初,他们推测,合胞素蛋白的缺失会导致胎盘畸形,从而阻碍胎儿的发育,导致小鼠后代孱弱瘦小。但是其他研究团队已在免疫细胞、成肌细胞(不成熟的肌肉细胞,myoblasts)以及胎盘细胞中检测到合胞素蛋白。考虑到这些,Heidmann团队开始重新思考最初的假设。

由于成熟的肌细胞由许多成肌细胞融合而成,而合胞素蛋白负责逆转录病毒与宿主细胞的融合以及胎盘细胞与子宫细胞的融合,所以,Heidmann团队认为,合胞素蛋白可能参与肌肉的形成。

顺着这一思路,他们发现,雄性小鼠(合胞素B基因被敲除)之所以体重会下降,是因为它们肌肉量减少了。细胞学试验表明,基因被敲除的雄性小鼠的肌肉纤维数量减少了20%。抑制合胞素蛋白会减少超40%的细胞融合。

以羊、狗和人为模型,分别采集细胞并进行相关研究,结果发现,当合胞素蛋白活性降低后,这些来源于不同物种的细胞都会出现成肌细胞融合减少的现象。

意外的是,这种差异仅仅出现于雄性上。

犹他大学进化生物学家Cedric Feschotte表示:“这一最新研究首次证实,逆转录病毒包膜蛋白除了参与胎盘发育,还存着其他功能。”

Heidmann强调,合胞素蛋白在肌肉细胞融合过程中发挥重要作用,但是他们还不清楚为什么这种作用只在雄性群体中发挥。考虑到小鼠和人类体内合胞素蛋白的来源病毒完全不同,Feschotte认为,现有的研究并不足以证实合胞素蛋白同样有助于人类肌肉的形成。

但是,很明显,这些掺和在我们基因组中的病毒基因远远比我们想象中的还要重要。目前,我们看到可能只是冰山一角。

备注:文章编译、整理自“Virus pumps up male muscles — in mice”。

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