非編碼DNA的重復(fù)可能影響人類特異性狀的進(jìn)化

根據(jù)美國(guó)佛羅里達(dá)州奧蘭多舉行的美國(guó)人類遺傳學(xué)會(huì)(ASHG)2017年會(huì)議上提出的結(jié)果，人類基因組中大部分非編碼DNA的復(fù)制可能導(dǎo)致人類與非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物之間出現(xiàn)差異。鑒定這些重復(fù)包括調(diào)控序列，以及它們對(duì)性狀和行為的影響可能有助于科學(xué)家解釋遺傳對(duì)人類疾病的貢獻(xiàn)。

Paulina Carmona-Mora博士介紹了這項(xiàng)工作;梅根丹尼斯博士;他們?cè)诩永Ｄ醽喆髮W(xué)戴維斯分校的同事們研究了人類特異性重復(fù)(HSDs)的歷史，這些重復(fù)DNA的長(zhǎng)度超過(guò)1000個(gè)堿基對(duì)，在人類中重復(fù)但不在靈長(zhǎng)類動(dòng)物或其他動(dòng)物中重復(fù)。在這項(xiàng)研究中，他們關(guān)注的是不編碼基因的HSD區(qū)域，而是調(diào)控其他基因的表達(dá)。

“這些調(diào)控元素的特殊之處在于它們傾向于影響同一染色體附近基因的表達(dá)，以及基因組中其他地方的基因表達(dá)，”丹尼斯博士說(shuō)。“這意味著一次重復(fù)可能影響許多基因，從而放大其影響。”

丹尼斯博士解釋說(shuō)，由于重復(fù)片段的相同性超過(guò)98%，因此難以區(qū)分它們。結(jié)果，它們?cè)谠S多過(guò)去的基因組分析中被丟棄。出于這個(gè)原因，研究人員開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)新的人類參考基因組，其中包括重復(fù)的片段。這使他們能夠識(shí)別可能含有增強(qiáng)子的區(qū)域，增強(qiáng)子是增加其他基因表達(dá)的調(diào)節(jié)元件，并評(píng)估它們對(duì)器官和組織類型的基因表達(dá)的影響。

例如，大約三百萬(wàn)年前發(fā)生的SRGAP2片段的復(fù)制可能與人類特有的幾種神經(jīng)學(xué)特征相關(guān)，例如大腦中較大的前額皮質(zhì)和更有效的突觸，或腦細(xì)胞之間的連接。引人注目的是，當(dāng)人類特異性SRGAP2C在實(shí)驗(yàn)室小鼠胚胎中表達(dá)時(shí)，小鼠具有相似的結(jié)果。除SRGAP2外，所檢查的HSD中包含的許多基因與神經(jīng)發(fā)育有關(guān)，有些基因也可能對(duì)免疫反應(yīng)有影響。

“我們的研究結(jié)果指出了人與靈長(zhǎng)類動(dòng)物之間的差異，暗示了我們作為人類的獨(dú)特之處，”丹尼斯博士說(shuō)。此外，由于許多易于復(fù)制的基因組區(qū)域與神經(jīng)學(xué)特征有關(guān)，這項(xiàng)工作可能為科學(xué)家尋求解釋神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如自閉癥，癲癇和精神分裂癥)背后遺傳機(jī)制的未來(lái)途徑提供建議。

研究人員目前通過(guò)比較組織類型的基因表達(dá)水平來(lái)驗(yàn)證他們發(fā)現(xiàn)的候選增強(qiáng)子區(qū)域。他們還在評(píng)估重復(fù)引入對(duì)附近區(qū)段的結(jié)構(gòu)和功能的影響。最后，他們正在測(cè)量原始(祖先)片段與后代中出現(xiàn)的重復(fù)版本之間的差異，例如自復(fù)制后的序列變化以及對(duì)功能的潛在影響。

“我們傾向于將DNA視為線性序列，但這些結(jié)果提醒我們它是多么動(dòng)態(tài)，”Carmona-Mora博士說(shuō)。“令人興奮的是，不僅基因的重復(fù)在人類進(jìn)化中發(fā)揮作用，而且監(jiān)管要素的重復(fù)也可能發(fā)生 - 即使是那些在預(yù)期區(qū)域之外的基因。”

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