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《Cell》探討“垃圾”DNA的新功能

日期:2012-12-13 09:17:04

美國國立衛(wèi)生研究院下屬國家關節(jié)肌肉骨骼及皮膚病研究所(NIAMS)的科學家們在新研究中證實,過去被認為是“垃圾”的DNA在免疫系統(tǒng)反應中發(fā)揮了關鍵性的作用。研究結果發(fā)表在近期的《細胞》(Cell)雜志上,有可能促成發(fā)現治療免疫相關疾病的新靶點。

 

人類基因組中有32DNA堿基對,但只有2%的區(qū)域能夠編碼蛋白質。其他的大量冗余DNA,和基因一樣都是遺傳材料,但卻不能編碼用于建造動物身體、加速細胞內化學反應的蛋白質。到目前為止,這些基因組DNA的功能大多未知且遭到忽視。

 

采用全基因組DNA測序技術,美國國立衛(wèi)生研究院的研究人員對基因組DNA進行了檢測,以確定哪部分積極參與支持了各種細胞功能。研究人員發(fā)現信號傳導及轉錄激活因子(STAT)蛋白家族成員在形成免疫系統(tǒng)輔助性T細胞(T helper cell)特性中發(fā)揮主要作用。重要的是,當研究“垃圾”DNA的影響時,他們看到STAT蛋白對于增強子活性的調控有可能導致了比預期更大的作用。增強子是基因外部的短DNA區(qū)域,它對基因轉錄起調控作用。盡管增強子并不能直接編碼蛋白質,但它們卻調控了蛋白質的生成過程。

 

這項工作為我們提供了一個細胞環(huán)境如何幫助決定細胞特性。具體來說,研究小組證實STAT蛋白充當了環(huán)境傳感器,通過調控基因組“垃圾”區(qū)域中的增強子,決定了T細胞成為何種亞型。這一工作應該有助于闡明這些開關可能與免疫疾病遺傳風險相關的機制。

 

1972年,已故遺傳學家大野乾(Susumu Ohno)發(fā)明了“垃圾DNA”這個術語,用以表述所有不能編碼蛋白質的DNA片段,其中大多數片段都是一些重復序列,隨機散步在整個基因組上。以前大家都認為垃圾DNA可能沒有什么功能,然而近年越來越多的研究表明它們并非百無一用。

 

不久前,《自然》(Nature)雜志同期發(fā)表了6篇論文,講述垃圾DNA的故事(延伸閱讀:十年努力,六篇Nature論文:講述垃圾DNA的故事 )。研究人員發(fā)現,許多人類基因組的非編碼部分包含蛋白可以綁定的區(qū)域,這將會影響附近和遠處的基因表達。一些沒有翻譯成蛋白的非編碼區(qū)轉錄成了RNA分子。還有一些影響了DNA折疊和包裝的方式。對此研究人員表示我們真的沒有任何多余的大區(qū)域DNA。“垃圾”的比喻并不恰當。

 


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