神秘-垃圾基因-在人类DNA中重复50万次 约占细胞1/5

新浪科技
2018-06-25

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新浪科技2018-06-25

图中是一个细胞分裂成两个细胞,DNA是图中蓝色部分。科学家最新研究显示,LINE1基因在人类基因中重复50万次,差不多占到每个细胞的五分之一。
图中是一个细胞分裂成两个细胞,DNA是图中蓝色部分。科学家最新研究显示,LINE1基因在人类基因中重复50万次,差不多占到每个细胞的五分之一。

6月25日消息,据国外媒体报道,多年以来,美国加州大学旧金山分校发展生物学家米格尔·拉马略·桑托斯(Miguel Ramalho-Santos)试着说服实验室的同事研究一种被称为“跳跃基因”的DNA片段——LINE1,他个人认为这种基因是非常特殊的。它在人类基因中重复50万次,差不多占到每个细胞的五分之一。但是他的实验室里没有人想去研究这种基因,桑托斯说:“同事们认为,在实验室里研究LINE1基因,就是在开玩笑。”

桑托斯说:“这可能与LINE1基因的传统认知有关,人们通常喜欢称它为垃圾DNA,或者将它称为基因寄生虫。” LINE1像其它转座子(或者“跳跃基因”)一样,拥有自我复制的特殊能力,能够随机插入基因片断之中。当LINE1插入一个不好的位置时,潜在诱导形成癌症或者血友病等遗传疾病,遗传学家通常会关注它。

但是桑托斯更加关注LINE1基因,他认为,如果LINE1在最好的情况下对人体无害,在最坏的情况下对人体有害,为什么它会在人类基因组中保持如此多数量呢?

桑托斯对此有一种特殊的预感,他和其他人发现LINE1基因在发育胚胎中尤为活跃,从而表明该基因片断实际上在协调胚胎细胞发育过程中具有重要作用。他开始做大量的实验研究,经常在实验室里找人帮忙分析,桑托斯笑着回忆说:“当时许多同事都不理解我,觉得我疯疯癫癫,一直到米歇尔·珀查德(Michelle Percharde)博士后加入实验团队,我才找到开展LINE1研究项目的真实合作伙伴。”

LINE1基因研究逐渐步入正轨,最重要的是,桑托斯和珀查德找到了如何在老鼠胚胎中关闭LINE1的方法。DNA可以存储生命代码,但是要读懂它,细胞必须首先将DNA序列转换成RNA相关分子。当研究小组中立化LINE1 RNA微粒时,受精卵首次分裂之后,胚胎就陷入双细胞阶段,没有LINE1基因,老鼠胚胎基本上就停止发育。

桑托斯认为,LINE1 RNA微粒起到“分子胶”的作用,它将一组分子结合在一起,关闭了双细胞阶段,并推动其进入下一个发展阶段。特别是,它关闭了一种叫做Dux的基因,该基因在双细胞阶段处于活跃状态。

在过去几年里,其他研究小组曾偶然间发现LINE1基因功能的重要线索。他们发现LINE1基因在早期老鼠胚胎和大脑细胞中可能发挥的作用,但是他们并没有对LINE1基因功能提供确凿证据。美国南达科达州立大学LINE1基因研究员Wenfeng An说:“直到近期,关于LINE1基因的探索仍没有准确的定论,我们一直在期望着研究结果,这是一项开创性研究。”

然而,LINE1自我复制的通车与它在胚胎发育中的角色无关。当珀查德阻止LINE1插入基因时,胚胎干细胞看上去状态好。胚胎细胞有可能在制造LINE1 RNA分子的同时,阻止它在基因组中潜在有害性“踊跃”。但是LINE1成千上万的复本中,不可能每一个复本都用于调控胚胎发育。

科学家下一步将重点研究人类细胞中的LINE1基因,它构成人类基因的17%。老鼠和人类存在着差异,但是LINE1基因也大量存在于差不多所有的哺乳动物。其他的转座子(也被认为是垃圾DNA)在人类细胞发育过程中也具有重要作用。美国斯坦福大学发展生物学家乔安娜·沃索西卡(Joanna Wysocka)之前也研究过LINE1基因,她说:“在所谓的垃圾基因中存在大量的‘宝藏’。”

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