Da forskere fjernede en gammel virussekvens fra chimpanseceller, begyndte et ellers tavst gen at blive aflæst igen. Resultatet peger på en konkret måde, hvorpå fortidens virusinfektioner kan have ændret reguleringen af gener, som indgår i hjernens udvikling.

Lunds Universitet offentliggjorde den 23. oktober en omtale af arbejdet, der er publiceret i Science Advances. Holdet har undersøgt genet LINC00662 og en indsat rest af retroviruset PTERV1. Forsøgene handler om celler og laboratoriemodeller af tidlig udvikling, ikke om at ændre voksne chimpansers hjerner.

Fjernede virusresten og fik genet i gang

Forskerne sammenlignede hjerneorganoider dannet fra menneskers og chimpansers stamceller. I menneskemodellerne var LINC00662 aktivt, mens det var slukket i chimpansemodellerne. Med CRISPR-Cas9 fjernede holdet den virale DNA-sekvens fra chimpanseceller. Derefter kunne genet igen udtrykkes.

Det er forsøgets centrale pointe. En forskel mellem to arter kan skyldes mange forhold, men et målrettet indgreb gør det muligt at teste en bestemt forklaring. Når fjernelse af sekvensen ændrer genets aktivitet, støtter det en årsagssammenhæng i den undersøgte model.

Lund beskriver også forsøg, hvor LINC00662 blev hæmmet i menneskelige organoider, og processer knyttet til nervecellers udvikling blev påvirket. Forskerne vil nu undersøge, om andre nedarvede virusrester har haft tilsvarende betydning.

En gammel indsættelse med en lokal effekt

Forskergruppens offentligt tilgængelige forarbejde beskriver en PTERV1-sekvens på 6.915 DNA-bogstaver inde i LINC00662-området. Sekvensen findes hos chimpanser og bonoboer, men ikke på det tilsvarende sted hos mennesker og orangutanger. Sammenligningen bruges til at placere indsættelsen mellem bestemte forgreninger i arternes udviklingshistorie.

Analysen peger på, at virusresten tiltrækker DNA-methylering, som også findes i de tilstødende områder. Hos mennesket er det tilsvarende genomområde langt mindre methyleret. Forfatterne fremhæver samtidig, at den præcise molekylære mekanisme kræver yderligere undersøgelser.

LINC00662 er et gen for et langt, ikke-proteinkodende RNA. Det er derfor misvisende blot at beskrive det som en opskrift på et protein. RNA-molekylet kan selv have en funktion. Arbejdet knytter det blandt andet til processer omkring modning af nerveceller og vækst af deres udløbere.

DNA er mere end en række bogstaver

For at forstå fundet må man skelne mellem en genetisk instruktion og cellens brug af den. To celler kan have samme DNA-sekvens, men bruge forskellige dele af den. Det er en grund til, at eksempelvis en muskelcelle og en nervecelle kan udføre så forskellige opgaver.

Det amerikanske genomforskningsinstitut NHGRI beskriver epigenetiske markeringer som kemiske ændringer på DNA eller de proteiner, DNA er knyttet til. Markeringerne kan påvirke genaktiviteten uden at ændre selve rækkefølgen af DNA-bogstaver. Ved methylering sættes små kemiske grupper på bestemte steder i DNA.

I dette tilfælde er der altså to niveauer: En virus har efterladt en fysisk indsættelse i arvematerialet, og cellens regulering af området er forskellig. At registrere, hvilke gener der findes, er derfor ikke nødvendigvis tilstrækkeligt til at forstå, hvilke genetiske instruktioner cellerne faktisk bruger.

Organoider kan ikke fortælle hele historien

Hjerneorganoider er tredimensionelle cellemodeller, der gengiver udvalgte træk ved hjerneudvikling. De giver adgang til processer, som ellers er vanskelige at undersøge eksperimentelt. Men de er forenklede modeller og ikke komplette hjerner med alle celletyper, blodforsyning og forbindelser på tværs af hjernens områder.

Derfor kan et ændret genudtryk i en organoid ikke direkte oversættes til en bestemt intelligens, adfærd eller hjernestørrelse hos et levende dyr. Modellen besvarer et mere afgrænset spørgsmål: Hvordan reagerer de undersøgte celler, når forskerne ændrer netop denne del af reguleringen?

Fundet gør ikke virusresten til en samlet forklaring på menneskets evolution. Dets styrke er mere præcis: Forskerne kan forbinde en bestemt nedarvet DNA-sekvens med en forskel i genaktivitet og teste forbindelsen eksperimentelt. Det giver et konkret udgangspunkt for at undersøge, hvordan gamle virusspor fortsat kan påvirke biologien længe efter selve infektionen. Det er forskellen mellem et interessant evolutionsspor og et færdigt svar på artens udvikling.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.