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改写认知!Cell初次证明:“废物DNA”是胚胎发育的要害

  改写认知!Cell初次证明:“废物DNA”是胚胎发育的要害

  
 

  图片来历:Cell(DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.05.043)

  6月21日,在题为“A LINE1-Nucleolin Partnership Regulates Early Development and ESC Identity”的研讨中,来自加州大学旧金山分校的科学家们证明,一种长时刻被以为要么是“基因废物”,要么是“有害寄生虫”(pernicious parasite)的“跳动基因”(jumping gene)实际上是胚胎发育榜首阶段的要害调理因子。

  跳动基因

  跳动基因也叫转座子(transposons)。咱们大约一半的DNA是由转座子组成的。它们是一种病毒样(virus-like)的遗传物质,具有在基因组中不同方位“仿制和刺进”自己的特别才能。研讨人员曾以为,转座子是基因组的“寄生虫”,www.d88.com2017家居建材行业的它们自我仿制,但对宿主没有任何效果。

  但是,经过一系列的研讨,科学家们发现,在进化过程中,一些转座子在基因组中留下了成百上千的复制。尽管大多数这些“偷渡者”(stowaways)被以为是慵懒的、不活泼的,但也有一些会经过“改动或损坏细胞的正常基因程序”来制作损坏,并与一些疾病(如某些癌症)相关。

  
 

  Embryos at the two-cell stage, represented in this illustration, need an unusual mobile DNA sequence to keep developing.ORB 22/SHUTTERSTOCK

  重要发现

  在这项新研讨中,由发育生物学家Miguel Ramalho-Santos博士带领的团队发现,最常见的转座子LINE1(占人类基因组的24%)实际上是胚胎发育经过双细胞阶段(two-cell stage)所必需的。

  
 

  Two-cell mouse embryo stained for LINE1 RNA (magenta), which is expressed in the two cell nuclei. Credit Ramalho-Santos lab / UCSF

  事实上,Ramalho-Santos博士自2003年初次兴办他的试验室以来就对转座子十分感兴趣。他从前曾发现,胚胎干细胞和前期胚胎表达了高水平的LINE1。已然包含LINE1在内的转座子被以为是“无用的”或许“有害的”,那么,前期胚胎为何要表达高水平的LINE1呢?这不是在“玩火”(playing with fire)吗?

  为了断定小鼠胚胎中高水平的LINE1 RNA是否真的对动物的发育十分重要,论文榜首作者Michelle Percharde博士从小鼠胚胎干细胞中去除了LINE1 RNA,以调查这种处理带来的影响。令她吃惊的是,她发现,去除LINE1 RNA的这些细胞中的基因表达形式发生了改变,康复到了受精卵榜首次割裂后在双细胞胚胎中调查到的形式。

  接着,研讨小组测验从受精卵中去除LINE1,效果发现,胚胎彻底失去了经过双细胞阶段的才能。也就是说,当缺少LINE1 RNA时,小鼠胚胎会阻滞在双细胞阶段。而假如一个胚胎不能经过这个阶段,它就无法发育成一个子孙。

  
 

  图片来历:Cell

  进一步的试验标明,尽管LINE1基因在前期胚胎和干细胞中表达,但它的效果并不是将自己刺进到基因组的其他部分(即发挥转座子传统的功用)。相反,尊龙娱乐官网它的RNA被困在细胞核中,与基因调控蛋白Nucleolin和Kap1形成了一种复合物。这种复合物对封闭调控胚胎双细胞状况的首要基因程序,以及发动胚胎进行进一步细胞割裂和发育所需的基因是必要的。

  Ramalho-Santos博士估测,像LINE1这样的转座子可能会使发育的前期阶段愈加强健,因为它们无处不在。因为LINE1在基因组中被许多重复,因而,1个骤变简直不可能损坏它的功用。假如其间一个复制出现问题,会有不计其数个复制来替代它。

  一些质疑

  关于这些发现,康奈尔大学的Cedric Feschotte说:“这是一篇令人形象深入的论文。”

  但是,也有一些研讨人员对这项效果持怀疑态度。约翰霍普金斯大学的遗传学家Haig Kazazian说:“咱们的基因组中布满了约50万份LINE1的复制,其间,许多复制是刺进在基因内部的。该研讨中,科学家们用一些技能阻断了LINE1 RNA的表达,但这也可能会封闭这些基因。因而,他们调查到的影响可能是由基因失活导致的,·浅析新媒体产业的发展趋势及对新闻传播的影响。而不是由LINE1 RNA表达削减引起的。他们可能损坏了前期发育中的一些要害基因。”

  研讨人员表明,获得这些效果,他们花了5年时刻,期望这些发现可以压服其他科学家重视跳动基因的功用。“科学家们在蛋白质编码基因方面做了许多作业,但它们仅占整个基因组不到2%,而转座子则占有了基因组的近50%。我个人十分愿意持续探究转座子在发育和疾病中的新功用。”Percharde博士弥补道。

  责编:风铃

  参考资料:

  Not Junk: ‘Jumping Gene’ is Critical for Early Embryo

  Don’t call it junk—this ‘jumping’ gene may be why you made it past an embryo

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