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我们的DNA中隐藏的代码解释了如何制造新的基因片段

2019-01-07 10:13:50 • 来源：

由于突变，我们都在这里。基因的随机变化是物种中多样性的变化，这使它能够适应新的环境并最终演变成全新的物种。但大多数随机突变实际上破坏了我们基因的功能，因此是遗传病的常见来源。这种模糊性带来了巨大的挑战。一方面，生物创新需要突变，另一方面它们会导致疾病。大自然如何解决这场冲突?我和我的同事最近的研究表明，一个答案可能在于遗传密码，它允许进化创新，同时最大限度地减少可能造成的破坏。

我们的DNA中隐藏的代码解释了如何制造新的基因片段

这段代码隐藏在我们基因组的一部分(我们的遗传物质的完整集合)中，称为重复遗传元素，我们现在知道它们在进化中起着关键作用。这些元素是我们DNA中的序列，可以制作许多自己的副本。为了构建我们身体所需的蛋白质，我们的细胞通过将其转录成一种名为RNA的类似分子来从我们的DNA中获取指令。但在极少数情况下，一些RNA分子不是构建蛋白质，而是转换回DNA并将其自身插入基因组中的新位置。

通过这种方式，重复元素可以不断创建自己的新副本。因此，人类基因组包含数千种重复元素，这些元素在任何其他物种中都不存在，因为它们自人类进化以来就已经复制了自己。

但重复的元素不仅仅是无用的副本。1948年发现它们的科学家芭芭拉·麦克林托克(Barbara McClintock)表明，它们可以作为在玉米中开关基因的开关。这最初被认为是一种与人类无关的模糊现象。然而现在已经很清楚，重复元素是进化的重要工具包。通过打开和关闭基因，重复元素可以影响物种进化的特征。它们对生物学创新很有用，例如哺乳动物的妊娠进化。

那么这一切与管理突变破坏有什么关系呢?我们的研究着眼于在现代灵长类动物的祖先基因组中复制的重复元素。这些“ Alu元素 ”中有超过1.6米分散在人类基因组中，其中一些已经积累了随机突变，使它们成为我们基因的功能部分。

我们在RNA中发现了一个控制隐藏在人类基因内的Alu元件的代码。这段代码结合了竞争的正负分子力，就像我们细胞中的阴阳一样。众所周知，竞争分子力控制着我们基因的许多方面。在我们的例子中，正力(通过称为U2AF65的蛋白质​​起作用)允许Alu元件保留RNA和所得蛋白质的一部分。负力(通过称为hnRNPC的蛋白质起作用)与此相反并从RNA中去除元素。

几十年来，我们已经知道进化需要修补遗传因素，这样它们就可以积累突变，同时最大限度地减少对物种适应性的破坏。我们最新的研究发表在eLife杂志上，研究了超过6,000个Alu元素，以表明我们的代码就是这样做的。

这两种力量在进化中紧密耦合，因此只要任何突变使得ying更强，阳就会赶上并阻止它们。这使得Alu元素在长期的进化期内在我们的DNA中保持无害状态，在此期间它们通过突变积累了许多变化。结果，它们变得不那么有害，并逐渐开始逃避压制力。最终，它们中的一些具有重要功能，成为人类基因不可或缺的部分。

换句话说，平衡力量购买突变所需的时间，以对物种进行有益的改变，而不是破坏性的改变。这就是为什么进化以如此小的步骤进行的原因 - 它只有在两种力量通过互补突变保持平衡时才有效，这需要时间。最终，重要的新分子功能可以从随机性出现。

这些发现告诉我们人类不是进化的固定顶峰。我们的基因组就像任何其他物种一样：DNA序列的流动景观不断变化。这解释了我们的基因组如何能够容纳其不断变化的重复元素，尽管它们有可能破坏我们细胞中现有的秩序。

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