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一种酶可以控制基因组的寄生虫 并将其转化为进化优势

2018-12-29 11:44:10 • 来源：

跳跃基因是一把双刃剑：通过复制并整合到基因组的其他部分，这些所谓的转座子可导致各种遗传性疾病，如血友病或乳腺癌。另一方面，移动DNA位可以创建新的基因和新的基因表达程序。这对于保持高遗传变异性和对环境变化的适应性至关重要。来自弗莱堡马克斯普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的科学家们现在发现，一种名为DHX9的酶可以中和转座子形成的有害结构，并有效地增加基因组的耐受性以包括这些跳跃基因。

一种酶可以控制基因组的寄生虫 并将其转化为进化优势

遗传学家长期以来只关注含有蛋白质蓝图的DNA的很小一部分。非编码剩余部分，人类约97%，经常被视为垃圾。但是被证明是垃圾之前被证明是决定蛋白质合成位置和数量的基因的关键调节因子。然而，对“垃圾”的更深入研究表明，它也是基因组中更多参与者的家园。其中之一是所谓的转座子或跳跃基因。跳跃基因是DNA序列，它能够自我复制，然后将拷贝暗示到基因组的远端部分。

该研究的共同第一作者TuğçeAktaş说：“我们的工作围绕着一个名为Alu元素的人类转座子家族，其中包含超过110万个拷贝，占我们整个基因组的10%以上。” 为了复制自身，将Alu元件转录成RNA，逆转录，然后在不同位置重新整合到基因组DNA中。一旦重新整合，短Alu元素对基因组具有大量影响。“例如，根据它们的插入位置，它们会导致有问题的突变，例如，它们会跳入必需的基因。有趣的是，Alu元素会导致各种遗传性疾病，如血友病，乳腺癌或家族性高胆固醇血症，因此我们的工作必须是进一步探索了治疗潜力，“该研究的共同第一作者İbrahimAvşarIlık说。

在进化中跳跃基因

Alu元素通常被称为“入侵者”或“寄生虫”，损害基因组稳定性。但与此同时，Alu元素也是进化的重要驱动力。比较灵长类动物和人类的研究表明，在过去六百万年中，人类基因组中新增了五千多个Alu元素。科学家们认为，通过将基因组的某些部分分离成可以复制，移动并在其他环境中重复使用的功能部件，它们可以充当“创造性驱逐舰”。这种通过超过110万个Alu元件同时修饰DNA的能力增加了创建新基因的可能性以及可能允许更快适应环境的基因表达程序。

“我们想知道我们的基因组如何处理这种连续拷贝粘贴的结果，并且仍然避免潜在的致命威胁。我们发现DHX9作为负责中和基因表达过程中产生的有害RNA结构的酶是非常令人兴奋的，因为它开启了一个新的研究隐藏在这种丰富的RNA解旋酶背后的复杂生物学的角度，“马克斯普朗克主任兼首席研究员Asifa Akhtar说道。

解开结

DHX9具有解开DNA和RNA双链体的能力，并在细胞的许多过程中发挥核心作用，如DNA复制，转录或RNA加工。Akhtar团队与来自弗莱堡大学生物信息学研究小组的Daniel Maticzka和Rolf Backofen合作，证明了在小鼠和人类中，DHX9发现并去除了由密集的Alu插入形成的破坏性RNA结构。“如果我们基因组中Alu元素之间的距离不够大，它们会相互作用并形成大量纠结的RNA片段”，İbrahimAvşarIlık说。这些巨大的杂乱结构可能会产生致命的后果，因为必要的RNA处理信号可以被它们掩盖。DHX9解决了杂乱的问题，并将现已解开的RNA交给进一步加工。“所以没有DHX9，

DHX9本身并没有完成所有工作，但有一个名为ADAR的“犯罪伙伴”，这是另一种酶，此前曾被证明也参与处理缠结的RNA结构，特别是在病毒感染期间。“我们建议这个清除单位最初是为了对抗病毒入侵而进行的。他们的解开活动后来被重新分配并在未受病毒入侵的细胞中使用，但正在经历Alu 元素插入的激增”，Asifa Akhtar解释说数据的含义。

马克斯普朗克研究所和弗莱堡大学之间的巨大合作努力使得团队提出DHX9允许在我们的基因组中插入过量的Alu元素，只需简单地抵消太多并排的有害后果。即使拥有如此多令人不安的跳跃基因似乎是浪费我们的细胞资源，但从长远来看，它本身就是不可能的基因组创新。换句话说，在我们的基因组中被视为浪费的东西从未真正成为浪费，它本质上是一条漫长而昂贵的复杂之路。

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