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科學(xué)家首次證實,占比最大的“垃圾基因”竟然控制著發(fā)育的關(guān)鍵階段,沒有它生命只有「卵用」

2018-06-27 來源:奇點網(wǎng)  標(biāo)簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:LINE1在發(fā)育中的重要功能,和它“轉(zhuǎn)座“的本性似乎并不相關(guān)。研究者嘗試著阻止LINE1的逆轉(zhuǎn)錄,胚胎干細胞的發(fā)育也很正常。研究者猜想,胚胎細胞可能自有一套調(diào)教LINE1的方法,讓它的RNA在出工出力的同時,又不會瞎跳躍給基因組造成太大的麻煩。

在此前的文章中,我們曾經(jīng)提到過一個名為LINE1的基因,這個基因可以說是“垃圾DNA”的代表——盡是重復(fù)序列、在基因組中占比極大、沒啥專一的職能、作為轉(zhuǎn)座子還會在基因序列之間跳來跳去很可能會帶來突變。

這個基因看起來是這么的“沒勁”,以至于加州大學(xué)舊金山分校的MiguelRamalho-Santos教授想要研究它時,實驗室里竟然沒人愿意認領(lǐng)這個課題。
 
今天發(fā)表在《細胞》上的這項研究可以說是為LINE1翻身了!這個基因不僅不是垃圾,就是說它重要至極也不為過,畢竟沒了它,受精卵就會停滯在兩細胞階段,根本不能形成胚胎、也無法在子宮內(nèi)著床,更談不上長成一個完整的個體了![1]
 
此前的文章曾提到過,LINE1在基因組中占比極大,人類基因組中17%都是LINE1。它的重復(fù)率太高了,全基因組內(nèi)約有50萬個拷貝。這么大量與它的身份分不開。作為一個轉(zhuǎn)座子,它的“本能”就是不停地復(fù)制自己,再隨機“侵入”其他序列。你可以想到,萬一插入位置有所不對,癌癥或者遺傳疾病就會馬上跟來。
 
這就不難理解,為什么科學(xué)家們曾一度把這類基因叫做“垃圾DNA”或者“基因組寄生蟲”了。
 
Ramalho-Santos教授倒是認為LINE1肯定有它的獨特所在,其中一個重要的原因就是,與LINE1在胚胎中相當(dāng)之高的轉(zhuǎn)錄水平比起來,它的逆轉(zhuǎn)錄、也就是“轉(zhuǎn)座”行為還真是不算太頻繁[2]。
 
生命從不做傻事,那么多余的那些RNA總不會白白浪費掉,它們肯定也發(fā)揮著一些作用。
 
可惜實驗室的其他人并不這么認為。Ramalho-Santos教授自己也開玩笑說,研究LINE1“在實驗室里就像玩笑話”。教授只好自己做實驗,偶爾會有其他同事幫忙分析一些數(shù)據(jù)。
 
這種情況持續(xù)到MichellePercharde來到實驗室進行博士后研究,教授終于找到了志同道合的人。Percharde回憶時笑道,“實驗室的其他人看我應(yīng)該是個怪人。”
 
好在Ramalho-Santos教授的猜測并非夢話,研究團隊的努力得到了事實的回報。
 
在小鼠胚胎早期發(fā)育過程中,胚胎干細胞會大量表達LINE1。從常規(guī)角度來看,真是不知道胚胎在想啥,表達這么多轉(zhuǎn)座子,是嫌還不夠天下大亂嗎?但是仔細一觀察,表達出的RNA都聚集在細胞核附近,顯然是在我們不知道的地方發(fā)生了些什么。
 
于是研究者馬上著手嘗試清除LINE1。直接敲除是不可能的了,畢竟LINE1占據(jù)基因組近1/5,都敲掉DNA怕不是要碎成沫沫。于是研究者開發(fā)了一套利用寡義核苷酸敲低RNA的方法,將細胞內(nèi)LINE1RNA的水平降低到了正常的水平的80-90%。
 
萬萬沒想到啊,這一敲低可壞了大事了,胚胎干細胞的自我更新能力幾乎就是沒了,不會分裂了;更嚇人的是,如果在胚胎發(fā)育過程中進行敲低,那么受精卵分裂成兩個細胞之后,整個發(fā)育過程就再也走不下去了,幾乎沒有誰能夠突破這個難關(guān)長到四細胞階段,更別提長成一個真·生命了!
 
原來LINE1RNA真的沒有閑著,它在細胞核內(nèi)會與兩種重要的蛋白握手——一種叫做核蛋白,它是核糖體的組成部分;另一種稍微陌生一些,叫做Kap1[3],這種蛋白能夠與多種轉(zhuǎn)錄因子集合,具有關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。
 
LINE1RNA與它倆形成的復(fù)合體才是LINE1作用的完全體,它們接下來完成了兩項重大任務(wù)。
 
這組復(fù)合體能夠抑制一個名為Dux的基因表達。Dux就是一個轉(zhuǎn)錄因子了,它和兩細胞階段很多必須的基因都關(guān)系匪淺[4]。這些基因是胚胎發(fā)育兩細胞階段必須的,但是一個階段有一個階段的任務(wù),想要繼續(xù)發(fā)育,就必須讓它們歇歇了。轉(zhuǎn)錄組分析也顯示,Dux靶向的那些基因,正是敲低LINE1之后最活躍的那些。
 
與此同時,LINE1RNA復(fù)合體還有一個重要的工作,就是激活rDNA的表達。不用多解釋了,rRNA是組成核糖體必須的,也是細胞翻譯蛋白所必須的。這就是為啥敲低了LINE1之后胚胎干細胞自我更新能力降低的原因。
 
有趣的是,LINE1在發(fā)育中的重要功能,和它“轉(zhuǎn)座“的本性似乎并不相關(guān)。研究者嘗試著阻止LINE1的逆轉(zhuǎn)錄,胚胎干細胞的發(fā)育也很正常。研究者猜想,胚胎細胞可能自有一套調(diào)教LINE1的方法,讓它的RNA在出工出力的同時,又不會瞎跳躍給基因組造成太大的麻煩。
 
研究者下一步就準(zhǔn)備分析是否人類也存在類似的機制。雖然小鼠和人的差距很大,但是要知道,LINE1幾乎是人類基因組中唯一的還十分活躍的轉(zhuǎn)座子[5],同時也含量巨大,真的很難不讓人認為進化之手故意留下它是別有用心呢。
 
還有啊,更多的曾被認為是“垃圾DNA“的基因,說不定也有著獨特的重大作用,這個垃圾堆里恐怕還藏著不少的寶藏等我們發(fā)現(xiàn)。
 
總而言之,現(xiàn)在Ramalho-Santos教授找伙伴一起來研究LINE1應(yīng)該要容易一些了吧~
 
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