《Cell》“垃圾”DNA的新啟示

日期：2011-11-28 09:12:29

所有動物都有大量冗余的垃圾DNA，它們和其他DNA一樣，都是遺傳材料，但不能編碼用于建造動物身體、加速細胞內化學反應的蛋白質。在我們的基因圖譜中，實際上只有2%的DNA能夠編碼蛋白質。1972年，已故遺傳學家大野乾(Susumu Ohno)發明了“垃圾DNA”這個術語，用以表述所有不能編碼蛋白質的DNA片段，其中大多數片段都是一些重復序列，隨機散步在整個基因組上。以前大家都認為垃圾DNA可能沒有什么功能，然而近年越來越多的研究表明它們并非百無一用。

來自瑞士洛桑聯邦理工學院和日內瓦大學的科學家們近日在新研究中破解了影響我們四肢形成的遺傳機制，令人驚訝的是研究結果表明基因僅在其中發揮了次要作用，真正對手指形成起決定性作用的是7個協同作用調控基因表達活性的增強子。這一遺傳學領域的重大發現將推動科學家們更好地了解連指、多指及異常短指（(Kantaputra綜合征)患者在基因序列正常的情況下疾病遺傳的相關機制。這一研究成果在線發表在11月23日的《細胞》（Cell）雜志上。

基因組上的渦輪

基因組中僅有2%的DNA序列構成了編碼基因，其他的序列例如增強子則通常是在關鍵時刻發揮促進基因活性的作用。“我們在新研究中發現與手指形成相關的一個基因群受到了7個增強子的調控，這些增強子并非‘各自為政’，而是相互聯系協同作用，”文章的首作者、瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員Thomas Montavon說

胚胎期手指形成之初，DNA串列發生折疊，位于串列上不同位點的增強子開始相互接觸，將各種蛋白聚集到一起刺激基因活性表達，調控手指生成。當其中的一個增強子發生缺失時，手指長度會變短，或是形成異常形狀。兩個增強子缺失將導致更明顯的缺陷。全部增強子功能缺失則會導致基因活性抑制，手指形成停留在初始階段。

關于DNA是以何種機制折疊確保增強子正常發揮功能的，這一問題在新研究中尚未得到很好的解釋。這一研究的負責人、同時任職于瑞士洛桑聯邦理工學院和日內瓦大學的Denis Duboule說：“在大腦等其他組織中，DNA串列以不同的方式折疊。據我們所知，只有在手指中才形成這種渦輪式的折疊形狀。”

解釋進化多樣性

從統計學的角度而言，與手指形成相關的7個增強子提供了7次突變發生的機會。這一靈活的機制不僅可引起手指遺傳性畸形，同樣還可能導致了自然生物界中動物上下肢以及其他附屬物之間的變異。例如一些有蹄類動物僅具有單趾，鴕鳥卻有雙趾，而人類則具有五指（趾）。其他一些遺傳進程也有可能基于相似的原理。這或可幫助解釋除手指之外進化的多樣性。