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      生物化學(xué)家將基因組歷史拼湊在一起
      
			
      
				2019-07-28 15:02:55
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      老派的好萊塢編輯剪掉了不需要的電影畫面，然后在想要的畫面上修補(bǔ)制作電影。通過(guò)稱為RNA剪接的生化編輯過(guò)程，人體做了類似的事情 - 每秒數(shù)萬(wàn)億次。它不是切割薄膜，而是編輯信使RNA，這是產(chǎn)生細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的許多蛋白質(zhì)的藍(lán)圖。在他們探索RNA剪接和人類基因組的進(jìn)化起源和歷史時(shí)，加州大學(xué)圣地亞哥生物化學(xué)家Navtej Toor和Daniel Haack結(jié)合了單個(gè)分子的二維(2D)圖像來(lái)重建一部分的三維(3D)圖像RNA - 科學(xué)家稱之為II組內(nèi)含子。通過(guò)這樣做，他們發(fā)現(xiàn)了與RNA催化相關(guān)的大規(guī)模分子運(yùn)動(dòng)，為RNA剪接的起源及其在地球生命多樣性中的作用提供了證據(jù)。他們的突破性研究在當(dāng)前版本的Cell中有所概述。
      

      生物化學(xué)家將基因組歷史拼湊在一起
      

      “我們正試圖了解人類基因組是如何從原始祖先開(kāi)始進(jìn)化的。每個(gè)人類基因都有不需要的框架，必須在基因表達(dá)之前去除。這是RNA剪接的過(guò)程，”Toor說(shuō)，化學(xué)與生物化學(xué)系教授補(bǔ)充說(shuō)，15%的人類疾病是這一過(guò)程中的缺陷造成的。
      

      Toor解釋說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)致力于了解70%人類DNA的進(jìn)化起源 - 一部分由兩種遺傳因素構(gòu)成，這兩種遺傳因素都被認(rèn)為是從第二組內(nèi)含子進(jìn)化而來(lái)的。具體而言，構(gòu)成人類基因組約25%的剪接體內(nèi)含子是必須在基因表達(dá)之前去除的非編碼序列。另外45%由來(lái)自所謂的逆轉(zhuǎn)錄元素的序列組成。這些遺傳元件將自身插入DNA并在基因組周圍跳躍，通過(guò)RNA中間體自我復(fù)制。
      

      “研究II組內(nèi)含子讓我們深入了解大部分人類基因組的進(jìn)化，”Toor說(shuō)。
      

      與第二組內(nèi)含子RNA納米機(jī)器一起工作，加州大學(xué)圣地亞哥分校的博士后學(xué)者和該論文的第一作者Toor和Haack能夠從一種生活在高溫下的藍(lán)綠藻中分離出II組內(nèi)含子復(fù)合物。
      

      “使用來(lái)自高溫生物體的II族內(nèi)含子有助于結(jié)構(gòu)測(cè)定，因?yàn)樵撐锓N的復(fù)合物具有先天穩(wěn)定性，”Haack說(shuō)。“這種RNA剪接的演變可能導(dǎo)致地球上生命的多樣化。”
      

      Haack進(jìn)一步解釋說(shuō)，他和Toor發(fā)現(xiàn)II組內(nèi)含子和剪接體具有共同的動(dòng)態(tài)機(jī)制，即在RNA剪接過(guò)程中移動(dòng)它們的催化成分。
      

      “這是迄今為止最強(qiáng)有力的證據(jù)表明，剪??接體是從細(xì)菌II組內(nèi)含子進(jìn)化而來(lái)的，”他說(shuō)。
      

      此外，研究結(jié)果揭示了II組內(nèi)含子如何通過(guò)稱為逆轉(zhuǎn)座的過(guò)程將自身插入DNA中。這種復(fù)制和粘貼過(guò)程導(dǎo)致自我的逆轉(zhuǎn)錄元件在人類DNA中增殖，構(gòu)成了大部分基因組。
      

      “這些逆轉(zhuǎn)錄元素的復(fù)制在塑造現(xiàn)代人類基因組的結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮了重要作用，甚至與靈長(zhǎng)類動(dòng)物的物種形成有關(guān)，”Toor說(shuō)。
      

      研究人員使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)提取II組內(nèi)含子的分子結(jié)構(gòu)。他們?cè)谝粚颖”袃鼋Y(jié)RNA，然后通過(guò)這個(gè)樣本射出電子。根據(jù)科學(xué)家的說(shuō)法，電子顯微鏡可以將圖像放大39,000倍。然后將得到的各個(gè)分子的2D圖像放在一起，得到II組內(nèi)含子的3D視圖。
      

      “這就像分子考古學(xué)，”哈克描述道。“第二組內(nèi)含子是活化石，讓我們一瞥復(fù)雜的生命在地球上的進(jìn)化。”
      
			

			
        
      
			
      
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