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天际彩票网开户 - 《细胞》:终于平反了!科学家首次证实,占比最大的“垃圾基因”竟然控制着发育的关键阶段,没有它生命只有
2020-01-11 14:15:49      

天际彩票网开户 - 《细胞》:终于平反了!科学家首次证实,占比最大的“垃圾基因”竟然控制着发育的关键阶段,没有它生命只有

天际彩票网开户,在此前的文章中,我们曾经提到过一个名为line1的基因,这个基因可以说是“垃圾dna”的代表——尽是重复序列、在基因组中占比极大、没啥专一的职能、作为转座子还会在基因序列之间跳来跳去很可能会带来突变。

这个基因看起来是这么的“没劲”,以至于加州大学旧金山分校的miguel ramalho-santos教授想要研究它时,实验室里竟然没人愿意认领这个课题。

今天发表在《细胞》上的这项研究可以说是为line1翻身了!这个基因不仅不是垃圾,就是说它重要至极也不为过,毕竟没了它,受精卵就会停滞在两细胞阶段,根本不能形成胚胎、也无法在子宫内着床,更谈不上长成一个完整的个体了![1]

ramalho-santos教授

此前的文章曾提到过,line1在基因组中占比极大,人类基因组中17%都是line1。它的重复率太高了,全基因组内约有50万个拷贝。这么大量与它的身份分不开。作为一个转座子,它的“本能”就是不停地复制自己,再随机“侵入”其他序列。你可以想到,万一插入位置有所不对,癌症或者遗传疾病就会马上跟来。

这就不难理解,为什么科学家们曾一度把这类基因叫做“垃圾dna”或者“基因组寄生虫”了。

ramalho-santos教授倒是认为line1肯定有它的独特所在,其中一个重要的原因就是,与line1在胚胎中相当之高的转录水平比起来,它的逆转录、也就是“转座”行为还真是不算太频繁[2]。

生命从不做傻事,那么多余的那些rna总不会白白浪费掉,它们肯定也发挥着一些作用。

可惜实验室的其他人并不这么认为。ramalho-santos教授自己也开玩笑说,研究line1“在实验室里就像玩笑话”。教授只好自己做实验,偶尔会有其他同事帮忙分析一些数据。

这种情况持续到michelle percharde来到实验室进行博士后研究,教授终于找到了志同道合的人。percharde回忆时笑道,“实验室的其他人看我应该是个怪人。”

好在ramalho-santos教授的猜测并非梦话,研究团队的努力得到了事实的回报。

在小鼠胚胎早期发育过程中,胚胎干细胞会大量表达line1。从常规角度来看,真是不知道胚胎在想啥,表达这么多转座子,是嫌还不够天下大乱吗?但是仔细一观察,表达出的rna都聚集在细胞核附近,显然是在我们不知道的地方发生了些什么。

line1表达集中在细胞核

于是研究者马上着手尝试清除line1。直接敲除是不可能的了,毕竟line1占据基因组近1/5,都敲掉dna怕不是要碎成沫沫。于是研究者开发了一套利用寡义核苷酸敲低rna的方法,将细胞内line1rna的水平降低到了正常的水平的80-90%。

万万没想到啊,这一敲低可坏了大事了,胚胎干细胞的自我更新能力几乎就是没了,不会分裂了;更吓人的是,如果在胚胎发育过程中进行敲低,那么受精卵分裂成两个细胞之后,整个发育过程就再也走不下去了,几乎没有谁能够突破这个难关长到四细胞阶段,更别提长成一个真·生命了!

敲低line1之后胚胎干细胞自我更新能力几乎没了

原来line1 rna真的没有闲着,它在细胞核内会与两种重要的蛋白握手——一种叫做核蛋白,它是核糖体的组成部分;另一种稍微陌生一些,叫做kap1[3],这种蛋白能够与多种转录因子集合,具有关键的转录调控作用。

line1rna与它俩形成的复合体才是line1作用的完全体,它们接下来完成了两项重大任务。

这组复合体能够抑制一个名为dux的基因表达。dux就是一个转录因子了,它和两细胞阶段很多必须的基因都关系匪浅[4]。这些基因是胚胎发育两细胞阶段必须的,但是一个阶段有一个阶段的任务,想要继续发育,就必须让它们歇歇了。转录组分析也显示,dux靶向的那些基因,正是敲低line1之后最活跃的那些。

与此同时,line1 rna复合体还有一个重要的工作,就是激活rdna的表达。不用多解释了,rrna是组成核糖体必须的,也是细胞翻译蛋白所必须的。这就是为啥敲低了line1之后胚胎干细胞自我更新能力降低的原因。

有趣的是,line1在发育中的重要功能,和它“转座“的本性似乎并不相关。研究者尝试着阻止line1的逆转录,胚胎干细胞的发育也很正常。研究者猜想,胚胎细胞可能自有一套调教line1的方法,让它的rna在出工出力的同时,又不会瞎跳跃给基因组造成太大的麻烦。

研究者下一步就准备分析是否人类也存在类似的机制。虽然小鼠和人的差距很大,但是要知道,line1几乎是人类基因组中唯一的还十分活跃的转座子[5],同时也含量巨大,真的很难不让人认为进化之手故意留下它是别有用心呢。

还有啊,更多的曾被认为是“垃圾dna“的基因,说不定也有着独特的重大作用,这个垃圾堆里恐怕还藏着不少的宝藏等我们发现。

总而言之,现在ramalho-santos教授找伙伴一起来研究line1应该要容易一些了吧~

编辑神叨叨

决定改行捡垃圾!

并且边捡边看书!

同时不忘把奇点糕打上星标!

参考资料:

[1]https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.043

[2]newkirk, s.j., lee, s., grandi, f.c., gaysinskaya, v., rosser, j.m., vanden berg, n., hogarth, c.a., marchetto, m.c.n., muotri, a.r., griswold, m.d., et al. (2017). intact pirna pathway prevents l1 mobilization in male meiosis. proc. natl. acad. sci. usa 114, e5635–e5644.

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/trim28

[4]hendrickson, p.g., dora´ is, j.a., grow, e.j., whiddon, j.l., lim, j.w., wike, c.l., weaver, b.d., pflueger, c., emery, b.r., wilcox, a.l., et al. (2017). conserved roles of mouse dux and human dux4 in activating cleavage-stage genes and mervl/hervl retrotransposons. nat. genet. 49, 925–934.

[5]magiorkinis, g., blanco-melo, d., and belshaw, r. (2015). the decline of human endogenous retroviruses: extinction and survival. retrovirology 12, 8.

[6]https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/06/line1-jumping-gene/563354/

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作者 | 代丝雨

哈哈哈我们的文章被党媒转载了,开心