神秘垃圾基因人类DNA中重复50万次 约占细胞1/5

一个名为LINE1的基因，这个基因可以说是“垃圾DNA”的代表——尽是重复序列、在基因组中占比极大、没啥专一的职能、作为转座子还会在基因序列之间跳来跳去很可能会带来突变。

这个基因看起来是这么的“没劲”，以至于加州大学旧金山分校的Miguel Ramalho-Santos教授想要研究它时，实验室里竟然没人愿意认领这个课题。

近日发表在《细胞》上的这项研究可以说是为LINE1翻身了！这个基因不仅不是垃圾，就是说它重要至极也不为过，毕竟没了它，受精卵就会停滞在两细胞阶段，根本不能形成胚胎、也无法在子宫内着床，更谈不上长成一个完整的个体了！

Ramalho-Santos教授

此前的文章曾提到过，LINE1在基因组中占比极大，人类基因组中17%都是LINE1。它的重复率太高了，全基因组内约有50万个拷贝。这么大量与它的身份分不开。作为一个转座子，它的“本能”就是不停地复制自己，再随机“侵入”其他序列。你可以想到，万一插入位置有所不对，癌症或者遗传疾病就会马上跟来。

这就不难理解，为什么科学家们曾一度把这类基因叫做“垃圾DNA”或者“基因组寄生虫”了。

Ramalho-Santos教授倒是认为LINE1肯定有它的独特所在，其中一个重要的原因就是，与LINE1在胚胎中相当之高的转录水平比起来，它的逆转录、也就是“转座”行为还真是不算太频繁。

生命从不做傻事，那么多余的那些RNA总不会白白浪费掉，它们肯定也发挥着一些作用。

图中是一个细胞分裂成两个细胞，DNA是图中蓝色部分。科学家最新研究显示，LINE1基因在人类基因中重复50万次，差不多占到每个细胞的五分之一。

多年以来，美国加州大学旧金山分校发展生物学家米格尔·拉马略·桑托斯（Miguel Ramalho-Santos）试着说服实验室的同事研究一种被称为“跳跃基因”的DNA片段——LINE1，他个人认为这种基因是非常特殊的。它在人类基因中重复50万次，差不多占到每个细胞的五分之一。但是他的实验室里没有人想去研究这种基因，桑托斯说：“同事们认为，在实验室里研究LINE1基因，就是在开玩笑。”

桑托斯说：“这可能与LINE1基因的传统认知有关，人们通常喜欢称它为垃圾DNA，或者将它称为基因寄生虫。” LINE1像其它转座子（或者“跳跃基因”）一样，拥有自我复制的特殊能力，能够随机插入基因片断之中。当LINE1插入一个不好的位置时，潜在诱导形成癌症或者血友病等遗传疾病，遗传学家通常会关注它。

但是桑托斯更加关注LINE1基因，他认为，如果LINE1在最好的情况下对人体无害，在最坏的情况下对人体有害，为什么它会在人类基因组中保持如此多数量呢？

桑托斯对此有一种特殊的预感，他和其他人发现LINE1基因在发育胚胎中尤为活跃，从而表明该基因片断实际上在协调胚胎细胞发育过程中具有重要作用。他开始做大量的实验研究，经常在实验室里找人帮忙分析，桑托斯笑着回忆说：“当时许多同事都不理解我，觉得我疯疯癫癫，一直到米歇尔·珀查德（Michelle Percharde）博士后加入实验团队，我才找到开展LINE1研究项目的真实合作伙伴。”

LINE1基因研究逐渐步入正轨，最重要的是，桑托斯和珀查德找到了如何在老鼠胚胎中关闭LINE1的方法。DNA可以存储生命代码，但是要读懂它，细胞必须首先将DNA序列转换成RNA相关分子。当研究小组中立化LINE1 RNA微粒时，受精卵首次分裂之后，胚胎就陷入双细胞阶段，没有LINE1基因，老鼠胚胎基本上就停止发育。

桑托斯认为，LINE1 RNA微粒起到“分子胶”的作用，它将一组分子结合在一起，关闭了双细胞阶段，并推动其进入下一个发展阶段。特别是，它关闭了一种叫做Dux的基因，该基因在双细胞阶段处于活跃状态。

在过去几年里，其他研究小组曾偶然间发现LINE1基因功能的重要线索。他们发现LINE1基因在早期老鼠胚胎和大脑细胞中可能发挥的作用，但是他们并没有对LINE1基因功能提供确凿证据。美国南达科达州立大学LINE1基因研究员Wenfeng An说：“直到近期，关于LINE1基因的探索仍没有准确的定论，我们一直在期望着研究结果，这是一项开创性研究。”

然而，LINE1自我复制的通车与它在胚胎发育中的角色无关。当珀查德阻止LINE1插入基因时，胚胎干细胞看上去状态好。胚胎细胞有可能在制造LINE1 RNA分子的同时，阻止它在基因组中潜在有害性“踊跃”。但是LINE1成千上万的复本中，不可能每一个复本都用于调控胚胎发育。

科学家下一步将重点研究人类细胞中的LINE1基因，它构成人类基因的17%。老鼠和人类存在着差异，但是LINE1基因也大量存在于差不多所有的哺乳动物。其他的转座子（也被认为是垃圾DNA）在人类细胞发育过程中也具有重要作用。美国斯坦福大学发展生物学家乔安娜·沃索西卡（Joanna Wysocka）之前也研究过LINE1基因，她说：“在所谓的垃圾基因中存在大量的‘宝藏’。”

清华量化交易系统实战技术专题讲座

（第六期）

费用：49元/人

2018年7月14日13：30-17：00，北京清华大学