研究人员表示古代逆转录病毒在脊椎动物大脑的进化中发挥了关键作用

研究人员在《细胞》杂志上报告说，古代病毒可能要感谢髓磷脂，进而感谢我们庞大而复杂的大脑。

研究小组发现，逆转录病毒衍生的遗传元件或“逆转录转座子”对于哺乳动物、两栖动物和鱼类的髓磷脂生成至关重要。他们将这个基因序列称为“RetroMyelin”，很可能是古代病毒感染的结果，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。

“脊椎动物进化的腾飞需要逆转录病毒，”剑桥科学研究所Altos实验室的资深作者、神经科学家罗宾·富兰克林(RobinFranklin)说。“如果我们没有逆转录病毒将它们的序列粘贴到脊椎动物基因组中，那么髓鞘形成就不会发生，如果没有髓鞘形成，我们所知道的脊椎动物的全部多样性将永远不会发生。”

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。它无需增加轴突直径即可实现快速脉冲传导，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。

研究人员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，该团队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，”第一作者、剑桥科学研究所Altos实验室的计算生物学家TanayGhosh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，研究小组在有颌脊椎动物、无颌脊椎动物和几种无脊椎动物的基因组中搜索了类似的序列。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。

富兰克林说：“进化的驱动力使我们的轴突的冲动传导更快，因为更快的冲动传导意味着你可以更快地抓住东西或逃离东西。”

接下来，研究人员想知道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。

研究小组还表明，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。

研究人员说，这项研究强调了基因组非编码区域对于生理学和进化的重要性。“我们的发现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，”戈什说。