跳躍基因是一把雙刃劍：通過復(fù)制并整合到基因組的其他部分，這些所謂的轉(zhuǎn)座子可導(dǎo)致各種遺傳性疾病，如血友病或乳腺癌。另一方面，移動(dòng)DNA位可以創(chuàng)建新的基因和新的基因表達(dá)程序。這對(duì)于保持高遺傳變異性和對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性至關(guān)重要。來自弗萊堡馬克斯普朗克免疫生物學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究所的科學(xué)家們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，一種名為DHX9的酶可以中和轉(zhuǎn)座子形成的有害結(jié)構(gòu)，并有效地增加基因組的耐受性以包括這些跳躍基因。

遺傳學(xué)家長(zhǎng)期以來只關(guān)注含有蛋白質(zhì)藍(lán)圖的DNA的很小一部分。非編碼剩余部分，人類約97%，經(jīng)常被視為垃圾。但是被證明是垃圾之前被證明是決定蛋白質(zhì)合成位置和數(shù)量的基因的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。然而，對(duì)“垃圾”的更深入研究表明，它也是基因組中更多參與者的家園。其中之一是所謂的轉(zhuǎn)座子或跳躍基因。跳躍基因是DNA序列，它能夠自我復(fù)制，然后將拷貝暗示到基因組的遠(yuǎn)端部分。

該研究的共同第一作者Tu?çeAkta?說：“我們的工作圍繞著一個(gè)名為Alu元素的人類轉(zhuǎn)座子家族，其中包含超過110萬個(gè)拷貝，占我們整個(gè)基因組的10%以上。” 為了復(fù)制自身，將Alu元件轉(zhuǎn)錄成RNA，逆轉(zhuǎn)錄，然后在不同位置重新整合到基因組DNA中。一旦重新整合，短Alu元素對(duì)基因組具有大量影響。“例如，根據(jù)它們的插入位置，它們會(huì)導(dǎo)致有問題的突變，例如，它們會(huì)跳入必需的基因。有趣的是，Alu元素會(huì)導(dǎo)致各種遺傳性疾病，如血友病，乳腺癌或家族性高膽固醇血癥，因此我們的工作必須是進(jìn)一步探索了治療潛力，“該研究的共同第一作者?brahimAv?arIl?k說。

在進(jìn)化中跳躍基因

Alu元素通常被稱為“入侵者”或“寄生蟲”，損害基因組穩(wěn)定性。但與此同時(shí)，Alu元素也是進(jìn)化的重要驅(qū)動(dòng)力。比較靈長(zhǎng)類動(dòng)物和人類的研究表明，在過去六百萬年中，人類基因組中新增了五千多個(gè)Alu元素?？茖W(xué)家們認(rèn)為，通過將基因組的某些部分分離成可以復(fù)制，移動(dòng)并在其他環(huán)境中重復(fù)使用的功能部件，它們可以充當(dāng)“創(chuàng)造性驅(qū)逐艦”。這種通過超過110萬個(gè)Alu元件同時(shí)修飾DNA的能力增加了創(chuàng)建新基因的可能性以及可能允許更快適應(yīng)環(huán)境的基因表達(dá)程序。

“我們想知道我們的基因組如何處理這種連續(xù)拷貝粘貼的結(jié)果，并且仍然避免潛在的致命威脅。我們發(fā)現(xiàn)DHX9作為負(fù)責(zé)中和基因表達(dá)過程中產(chǎn)生的有害RNA結(jié)構(gòu)的酶是非常令人興奮的，因?yàn)樗_啟了一個(gè)新的研究隱藏在這種豐富的RNA解旋酶背后的復(fù)雜生物學(xué)的角度，“馬克斯普朗克主任兼首席研究員Asifa Akhtar說道。

解開結(jié)

DHX9具有解開DNA和RNA雙鏈體的能力，并在細(xì)胞的許多過程中發(fā)揮核心作用，如DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄或RNA加工。Akhtar團(tuán)隊(duì)與來自弗萊堡大學(xué)生物信息學(xué)研究小組的Daniel Maticzka和Rolf Backofen合作，證明了在小鼠和人類中，DHX9發(fā)現(xiàn)并去除了由密集的Alu插入形成的破壞性RNA結(jié)構(gòu)。“如果我們基因組中Alu元素之間的距離不夠大，它們會(huì)相互作用并形成大量糾結(jié)的RNA片段”，?brahimAv?arIl?k說。這些巨大的雜亂結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生致命的后果，因?yàn)楸匾腞NA處理信號(hào)可以被它們掩蓋。DHX9解決了雜亂的問題，并將現(xiàn)已解開的RNA交給進(jìn)一步加工。“所以沒有DHX9，

DHX9本身并沒有完成所有工作，但有一個(gè)名為ADAR的“犯罪伙伴”，這是另一種酶，此前曾被證明也參與處理纏結(jié)的RNA結(jié)構(gòu)，特別是在病毒感染期間。“我們建議這個(gè)清除單位最初是為了對(duì)抗病毒入侵而進(jìn)行的。他們的解開活動(dòng)后來被重新分配并在未受病毒入侵的細(xì)胞中使用，但正在經(jīng)歷Alu 元素插入的激增”，Asifa Akhtar解釋說數(shù)據(jù)的含義。

馬克斯普朗克研究所和弗萊堡大學(xué)之間的巨大合作努力使得團(tuán)隊(duì)提出DHX9允許在我們的基因組中插入過量的Alu元素，只需簡(jiǎn)單地抵消太多并排的有害后果。即使擁有如此多令人不安的跳躍基因似乎是浪費(fèi)我們的細(xì)胞資源，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，它本身就是不可能的基因組創(chuàng)新。換句話說，在我們的基因組中被視為浪費(fèi)的東西從未真正成為浪費(fèi)，它本質(zhì)上是一條漫長(zhǎng)而昂貴的復(fù)雜之路。