在寻找疾病治疗方法中追踪DNA寄生虫

与编码生物体发挥功能所需的蛋白质的基因不同，转座子有时被称为“寄生基因”，占人类DNA的一半以上，它使蛋白质仅复制自己的DNA并将其插入其他元素。[ArturPlawgo/SciencePhotoLibrary/GettyImages]

加州大学欧文分校(UCI)的科学家在eLife上发表的一项研究中提供了关于转座子的新见解(“物种特异性染色质景观决定了转座因子如何塑造基因组进化”)。该团队相信其工作可以提供最终可能有助于抗击癌症和与衰老相关疾病的知识。

与编码生物体发挥功能所需的蛋白质的基因不同，转座子有时被称为“寄生基因”，占人类DNA的一半以上，它使蛋白质只复制自己的DNA并将其插入其他元素。“它们是自私的寄生虫，”研究负责人、生态学和进化生物学助理教授GraceYuhChwenLee博士说。“他们使自己永存，而且大多数时候，他们不会为我们做任何事情。”

GraceYuhChwenLee博士

几乎所有物种都含有转座子，并进行了化学修饰以阻止其继续复制。但转座子的百分比在不同基因组中差异很大。它的范围从人类的50%和蝾螈的65%到河豚的6%。即使在不同种类的果蝇中，这个数字也从2%到25%不等。

UCI的生物学家试图了解是什么导致了这种变异。他们的调查源于Lee及其同事的早期研究，该研究表明那些阻止转座子复制的化学变化具有该团队所说的“令人讨厌的副作用”。化学修饰本身会传播到邻近的基因并破坏它们的功能。

“转座因子(TE)是自私的遗传寄生虫，它们以牺牲宿主适应性为代价来增加其拷贝数。TE的“成功”或全基因组丰度因物种而异。破译TE丰度如此巨大变化的原因仍然是进化基因组学的核心问题，”研究人员写道。

“我们之前提出，物种特异性TE丰度可能是由TE的宿主直接表观遗传沉默的无意后果驱动的——抑制性表观遗传标记从沉默的TE扩散到相邻序列。在这里，我们比较了这种TE介导的抑制标记局部富集，或TE的表观遗传效应，在果蝇亚群的六个物种中，逐步剖析这种效应在确定基因组TE丰度中的作用。

“我们发现TE介导的抑制性标记局部富集是普遍存在的，并且在物种间甚至物种内都有很大差异。虽然这种TE介导的效应改变了相邻基因的表观遗传状态，但我们惊讶地发现相邻基因的转录可以相互影响这种传播。重要的是，我们的多物种分析提供了强大的能力和适当的系统发育分辨率，以连接物种特异性宿主染色质调节、TE介导的表观遗传效应、针对TE的自然选择强度以及单个物种特有的基因组TE丰度。

“我们的研究结果表明宿主染色质景观在通过自私遗传寄生虫的表观遗传效应塑造基因组进化方面的重要性。”

“在这项新的调查中，我们发现这些副作用的强度和危害性各不相同，”李说。“我们了解到，随着时间的推移，其副作用对相邻基因特别有害的物种经历了更强的选择，从而去除了转座子。这导致现在他们基因组中转座子的百分比较低。”

该团队还发现，副作用严重程度的变化可能源于制造和分布化学修饰的基因。生物学家计划在即将进行的研究中进一步探讨这个问题。

转座子已经与一些罕见的遗传病相关联。最近，科学家们发现它们在老化的大脑和某些癌细胞中被激活。

“虽然它们在这些方面的作用尚不清楚，但最终可能通过改变产生这些化学变化的基因来开发治疗方法，”李解释道。“我们还想探索饮食和环境等已知会影响细胞如何分布化学修饰的因素是否对转座子产生影响。”