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“垃圾”DNA的起源

日期:2013-09-22 00:00:00

来自宾州大学的研究人员取得了一项里程碑式的研究新发现:他们发现了转录起始的精确位点,从而为解析基因组“暗物质”的起源迈出了重要的一步。这一研究成果公布在9月18日的《Nature》杂志上,这将有助于分析复杂疾病特征所在的确切位置。

所谓基因组“暗物质”,其实就是基因组中的非编码RNA——不包含用于制造蛋白质的版图,构成了超过95%的人类基因组。之前的研究认为,非编码RNA不编码蛋白质,属于“垃圾”RNA。而随着研究的深入,科学家逐渐发现,非编码RNA含有丰富的信息,是生命体中有待探索的“暗物质”。目前已发现很多非编码RNA具有的重要生物学功能。同时,越来越多的证据表明,一系列重大疾病的发生发展与非编码RNA调控失衡相关。

在这篇文章中,来自宾州大学分子生物学系的B. Franklin Pugh教授,以及博士后研究员Bryan Venters(目前任职于范德比尔特大学)等人发现了人类基因组中相同类型位置上基本上所有编码和非编码RNA起始点,这将有助于查明复杂疾病特征所在的确切位置,因为许多疾病的遗传起始位点位于基因组编码区域以外。

研究人员首先分析转录起始的精确位点,这是基因翻译成蛋白的第一步。“在转录过程中,DNA通过RNA聚合酶,形成RNA,后者是一种单链遗传物质,科学家们认为RNA是地球上出现DNA之前的遗传物质。然后通过再经过多个步骤,基因表达成蛋白”,Pugh说明道。

并且他还补充说,在他们寻找转录起始所在之处的研究期间,其他一些科学家也在直接分析RNA,但是Pugh和Venters则是去分析在人类染色体上,启动非编码RNA起始转录的蛋白定位在哪里。

“大家之所以采取这种方式,是因为许多RNA在制造出来后就马上被降解了,这令大家防不胜防,”Pugh说,“因此大家没有去寻找转录的RNA产物,而是寻找制造RNA的‘起始机器’。这种机器组装RNA聚合酶,制造RNA,并最终翻译成蛋白质”。

结果令Pugh和Venters感到吃惊的是,他们发现了16万个这样的“起始机器”,但人类总共也才大约3万个基因。

“这一发现十分重要,要知道实际上大家在基因位点处发现的‘起始机器’只有不到1万个,而且细胞中大多数基因处于被关闭状态,它们一般都没有用到这些机器。”

对于余下的15个起始机器,Pugh和Venters还没有找到它们的归属,这些机器的作用依然待定。“这些与基因没有关联的起始机器显然是活跃的,因为它们能制造RNA,科学家们也在发现RNA片段的同时发现了它们”,Pugh说,“最开始,这些RNA片段由于并不编码蛋白而受到了忽视。”

Pugh说,很容易就会忽视这些片段,因为它们不具有多聚腺苷酸化polyadenylation的特征(这是指能用于保护RNA免受破坏的长串腺苷)。

之后Pugh和Venters又通过能识别编码基因相关DNA序列的非编码起始机器,进一步验证这一研究结果。

“这些非编码RNA被称为基因组‘暗物质’,就像是宇宙中的暗物质,难以察觉,没有人知道它们究竟是用来做什么的,或者它们为什么在那里,”Pugh说,“现在至少大家知道它们是真实的了,不只是‘噪音’或‘垃圾’。当然下一步还需要回答一个问题:‘它们到底是用来做什么的?’”

Pugh补充说,这项研究的意义在于朝着解决“失踪遗传missing heritability”这一问题迈进了一大步,这个概念是指大部分特征,包括基因,为何无法通过个体基因进行描述。“当一种疾病的突变图谱指向基因组未知功能区域的时候,很难了解这种疾病的来源”,“不过如果这些区域能制造RNA ,那么大家就能一步步的了解这种疾病。”

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