跳躍基因如何引發(fā)疾病推動(dòng)進(jìn)化
我們的DNA序列中有近一半是由跳躍基因組成 - 也稱為轉(zhuǎn)座子。它們?cè)诎l(fā)育精子和卵細(xì)胞的基因組周?chē)S,對(duì)進(jìn)化很重要。但是,他們的動(dòng)員也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致疾病的新突變,如血友病和癌癥。值得注意的是,在發(fā)育生殖細(xì)胞的過(guò)程中何時(shí)何地發(fā)生生殖細(xì)胞這一關(guān)鍵過(guò)程很少,這是確保它們?cè)诤蟠敝车年P(guān)鍵過(guò)程,但可能導(dǎo)致宿主的遺傳障礙。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,卡內(nèi)基研究小組開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)來(lái)跟蹤跳躍基因的動(dòng)員。他們發(fā)現(xiàn),在特定時(shí)期卵子發(fā)育,稱為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子組的跳躍基因劫持的特殊細(xì)胞稱為護(hù)士細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)育卵。這些跳躍基因使用護(hù)士細(xì)胞產(chǎn)生侵入性物質(zhì)(自身的復(fù)制品稱為病毒樣顆粒),這些物質(zhì)會(huì)移動(dòng)到附近的卵子中,然后動(dòng)員到卵子的DNA中。該研究發(fā)表在7月26日的Cell在線期刊上。
動(dòng)物不知不覺(jué)地開(kāi)發(fā)了一種強(qiáng)大的系統(tǒng)來(lái)抑制基因活動(dòng),這種基因活動(dòng)使用稱為piRNA的小的非編碼RNA,它識(shí)別跳躍基因并抑制其活性。偶爾,跳躍的基因仍然可以移動(dòng),這表明它們采用了一些特殊的策略來(lái)逃避piRNA的控制。然而,追蹤跳躍基因的動(dòng)員以了解他們的戰(zhàn)術(shù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
卡內(nèi)基團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了使用果蠅Drosophila melanogaster跟蹤跳躍基因運(yùn)動(dòng)的方法。為了促進(jìn)他們的研究,他們破壞了piRNA抑制以增加這些跳躍基因的活性,然后在卵子發(fā)育過(guò)程中監(jiān)測(cè)它們的運(yùn)動(dòng)。這導(dǎo)致他們發(fā)現(xiàn)了允許跳躍基因移動(dòng)的策略。
卡內(nèi)基的合著者趙章解釋說(shuō):“我們非常驚訝這些跳躍基因幾乎不會(huì)在產(chǎn)生卵細(xì)胞的干細(xì)胞中移動(dòng),可能是因?yàn)楦杉?xì)胞這些跳躍基因只能使用兩個(gè)基因組拷貝。相反,這些移動(dòng)元件使用支持護(hù)士細(xì)胞,每個(gè)細(xì)胞可提供多達(dá)數(shù)千個(gè)基因組拷貝,作為大規(guī)模制造能夠整合的病毒樣顆粒的工廠。然而,它們沒(méi)有整合到生產(chǎn)它們的護(hù)士細(xì)胞中。相反,他們?cè)诒贿\(yùn)送到相互連接的卵細(xì)胞時(shí)等待,然后將數(shù)百個(gè)(如果不是數(shù)千個(gè))新的自身拷貝添加到卵DNA中。我們的研究表明,寄生遺傳因素如何能夠?qū)ζ浠顒?dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí),并區(qū)分不同的細(xì)胞類型,以便有力地繁殖,從而推動(dòng)進(jìn)化改變并引發(fā)疾病。“
“我的小組發(fā)現(xiàn),哺乳動(dòng)物的卵子發(fā)育使用許多與果蠅相同的機(jī)制,例如使用護(hù)士細(xì)胞喂養(yǎng)發(fā)育中的卵子。因此,張小組的研究結(jié)果可能對(duì)于理解哺乳動(dòng)物的進(jìn)化和疾病也很重要。 “艾倫·斯普拉德林(Allan Spradling)評(píng)論說(shuō),他是研究果蠅和哺乳動(dòng)物卵子發(fā)育的先驅(qū)研究員,也是卡內(nèi)基胚胎學(xué)系的長(zhǎng)期科學(xué)家。
“自從卡內(nèi)基的Barbara McClintock在六十多年前發(fā)現(xiàn)跳躍基因的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)以來(lái),我們無(wú)法理解動(dòng)物如何為下一代做準(zhǔn)備?,F(xiàn)在由我們的員工助理趙先生領(lǐng)導(dǎo)的初級(jí)研究小組張,在解決這個(gè)長(zhǎng)期存在的難題方面邁出了重要一步,“卡內(nèi)基胚胎學(xué)系主任鄭義賢評(píng)論道。
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