Cell驚人發現：跳躍的蛋白質工廠
日期：2015-10-23 08:47:59
科學家們在人類、黑猩猩和大多數其他靈長類動物中發現了從前未知的遺傳多樣性泉源。這一多樣性是來自跳躍基因的一個新組件。
在發表于10月22日《細胞》（Cell）雜志上的一篇研究論文中，Salk生物研究所的科學家們報告稱發現人類和黑猩猩的DNA布滿了他們稱作為ORFO的遺傳密碼序列。這些ORFO序列散布在整個基因組的跳躍基因上，它們有可能生成了數百或甚至數千種從前未知的蛋白。
人類基因組中具有豐富的ORF0表明，作為一種生成新蛋白的機制，它曾經并仍然在進化多樣性和靈活性中起重要作用。發現這些移動的蛋白質工廠還有可能闡明導致癌癥、精神疾病和其他疾病的遺傳突變的起源。
“這一研究發現表明，無論你是在不同的物種、不同人或甚至個體內不同細胞水平上來看，跳躍基因是比我們過去認為的還要更加重要的、靈長類動物基因組變異的來源，”論文的資深作者、Salk生物研究所遺傳實驗室教授Rusty Gage說。
隨著人類基因組測序的完成，人們清楚地認識到跳躍基因也存在于人類進化過程中并高度活化。上世紀50年代Barbara McClintock最早在玉米中發生了這些移動遺傳元件。人類基因組大約一半的序列都是來自能夠移動或將額外拷貝的自身插入整個基因組各處的遺傳密碼序列。
Gage和斯坦福大學的合作者們在近期發表在Cell雜志上的另一項研究中闡明了跳躍基因的進化重要性。該研究利用Gage實驗室開發的干細胞技術探索了基因表達差異是如何促成人類和黑猩猩的面部結構的。研究發現表明了跳躍基因對人類和其他靈長類動物的進化分裂起作用。
在最新的Cell文章中，Gage和同事們將焦點放在了稱作為LINE-1元件的跳躍基因上，這些元件構成了大約17%的人類基因組。LINE-1元件包含了獨立移動自身或其他類型的跳躍基因到基因組中別處去的所有必需的遺傳機器。
以往，人們認為LINE-1元件只包含兩條蛋白質編碼序列。這些序列被稱為開放閱讀框(ORF)，兩條從前已知的序列ORF1和ORF2被認為參與生成了使得LINE-1元件能夠在基因組中四處移動的重要蛋白。
在這一新研究中，Gage和同事們發現了第三個開放閱讀框。他們基于其定位在LINE-1元件中靠近ORF1的位置將之命名為ORFO。科學家們發現人類大約3500個DNA位點及黑猩猩和其他靈長類動物基因組中大約3,000位點中有ORF0。
LINE-1元件的結構是這樣的：當這一元件移動到另一個位點，ORF0序列有可能會與DNA新位點中的遺傳序列混合。這一新基因序列生成的可能是一種新蛋白。從進化上講，這代表了生成有可能對物種有益的全新分子的一條途徑。另一方面，在跳躍過程中現有ORF0序列重洗牌也可以導致致病突變。
論文的第一作者、Gage實驗室研究員Ahmet Denli說：“這一研究發現重繪了靈長類動物中一部重要遺傳機器的藍圖，添加了全新的齒輪。具有ORF0的跳躍基因實質上是帶著輪子的蛋白質工廠，并且在數億年的進化中一直驅動這這輛汽車。”
現在，他們已經在靈長類動物基因組中鑒別出了ORF0，Denli說他們計劃確定有多少ORF0真正編碼了蛋白質及調查這些蛋白所發揮的功能。
研究人員還計劃在不同細胞類型和疾病中調查ORF0的行為。他們尤其對ORF0在癌癥和精神分裂癥等神經系統疾病中的作用感興趣，以往的研究表明跳躍基因可能與這些疾病有關。
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