Cell：永不停息的基因战争

邓文龙

Cell：永不停息的基因战争

日期：2013-03-03

我们的细胞中进行着激烈的基因战争，入侵的外源DNA频频试图破坏人类的基因蓝图。现在，加州大学旧金山分校UCSF的研究人员发现了，细胞保护自身基因抵抗入侵者的新分子机制。
这一机制负责识别和靶标外源DNA，被研究人员称为SCANR。UCSF的研究人员是在酵母中发现SCANR机制的，由于酵母与人类细胞很相似，他们认为人体中也可能存在类似机制。这样的机制有助于减少人类遗传性疾病和与之相关的死亡。
SCANR的目标是被称为转座子的小片段DNA，对于一些新生儿来说，转座子是有致命威胁的。在从简单的细菌到复杂的人类，转座子都广泛存在，这些进入宿主基因组的转座子来源于其他物种。
生物本身的基因在细胞分裂中只复制一次，但转座子（也称为跳跃基因）不同，它们会多次复制，并随机插入到宿主细胞的DNA中。如果转座子插入到重要基因中，就会使基因功能发生故障，引发疾病或出生缺陷。
正如免疫系统能够识别外源入侵者一样，UCSF Hiten Madhani博士领导的研究人员发现，细胞核中的遗传学机制通过SCANR来识别和靶标转座子。这项研究发表在二月十三日的Cell杂志上。
“我们知道，有一部分人类遗传病是由可移动的遗传元件引起的，” Madhani说。“现在我们发现，细胞是在基因表达的一个步骤中区分“我”与“非我”，从而阻止转座子扩散。”
永远的基因战争
在进化过程中，转座子频繁跨越物种界限，闯入宿主基因组。快速演化的细菌往往利用它们来传递抗生素抗性。
人类基因组近一半的DNA都含有转座子，在一代又一代的传承中，这样的百分比还会增加。这是因为，约20%的转座子复制不受到细胞分裂时DNA复制规则的约束。尽管如此，随着时间推移，在世代交替中大多数转座子失去活性而不再成为威胁。
据UCSF的生化和生物物理学教授Madhani介绍，人类基因组中存在大量的转座子，荷花基因组有99%源自于转座子。低等生物蝾螈（salamander）的基因数与人类相同，但由于转座子复制，其基因组可以比人类大约四十倍。为此，蝾螈的细胞也比人类细胞大。
Barbara McClintock在玉米中发现了跳跃基因，Richard Roberts和Phillip Sharp发现染色体上的基因会被内含子分隔，而Andrew Fire和Craig Mello则发现了RNA干涉现象。这些都是曾经获得诺贝尔奖的重要发现，以此为基础，UCSF的研究人员在酵母Cryptococcus neoformans中揭示了SCANR及其靶标转座子的机制。
研究显示，当细胞剪切装置遇到转座子这样的内含子时，就会停滞。而SCANR识别这一故障，启动合成相应的“小干涉RNA”分子，用来中和转座子的RNA。
“科学家们可能会发现，高等生物基因差异性表达的许多途径，与SCANR机制中的内含子剪切类似。这样的机制有助于识别外源基因并加以抵御，” Madhani说。
（生物通 叶予）