转座DNA的新发现：敲除DNA

　　[AD340X300]

    [生物通讯]密歇根大学的一项新研究显示，被许多科学家视为无意义遗传密码而打入研究冷宫的“垃圾DNA（junk DNA）”可能有着不为我们所知的另一面。

    在一篇发表在2002年8月9日期《细胞》（Cell）杂志上的文章中，来自密歇根大学医学院的科学家报道，在人类癌细胞培养物中，称为LINE-1元件的垃圾DNA片段“跳”到新位点时能够删除某些DNA片段－－也就是说，垃圾DNA移位时发生了敲除基因或发生有害突变的事件。

    “这项研究的价值在于始料未及地发现LINE-1 元件具有引起个体肿瘤细胞“广谱”突变的潜力。”密歇根大学医学院的人类遗传学和内科医学助教John V. Moran博士说道。

    具有转座能力的LINE-1或称L1元件占据了人类基因组的17％，Moran说。Moran发明了第一张识别人类和小鼠基因组中的可转座 L1的芯片。“直到现在，所有人都认为L1只是我们人类DNA久远进化史中遗留下来的垃圾。但该领域中的一个主要问题就是：L1经过长期的自然选择仍然留在我们的基因组中，这是因为我们无力将之除去，还是因为它们有着某种我们尚未发现的功能？”

    L1利用RNA以及一个叫做反转录的过程复制自身，进行“繁殖”，这些DNA拷贝可以跳到其它的DNA序列中。正常情况下，LI是用一种叫做核酸内切酶的酶来剪切DNA，开拓出一个空间，这样它们就可以将自己插入到基因组中。

    “在我们所研究的37例垃圾DNA转座事件中，有4例导致遗传材料丢失。”密歇根大学的一名人类遗传学博士后研究人员Nicolas Gilbert博士说。“其中一个缺失长度超过24kb（即24,000个核苷酸单位），可能达到71kb长。这个长度大致与BRCA1基因相等，BRCA1是一个有助于阻止乳腺癌细胞发育的著名基因。”

    “在今年6月期的《自然遗传学》杂志上，我们曾报道，哺乳动物细胞中的L1能够跳到DNA链发生断裂的染色体区域，溜进断裂处修复DNA损伤，或添加到基因组中，扩大基因组规模。现在我们又了解到L1还能够通过删除基因组中的遗传材料而缩小基因组规模。”文章的另一位作者、密歇根大学的研究合作人员Sheila Lutz-Prigge解释说。“但我们无法控制基因组的大小以及DNA缺失的位点，我们也不知道这种遗传材料的丢失在人类基因组中发生的频率。”

    Moran和他的研究小组只是研究LI在人类基因组中的功能的一小群科学家之一。“我个人的感觉是L1构筑了我们人类的基因组，并且以有点类似宿主－－寄生中之间的共生方式与我们一道进化了千百万年。”Moran说。“我们对L1了解越多，对人类基因组的进化也就了解越多。”

    当我们这个研究计划开始时，Gilbert和Lutz-Prigge只是想找到更快更有效地查明L1转座时，具体着陆地点的方法，以及LI原始DNA序列中发生了怎样的变化。研究小组没有使用耗时的传统分子克隆技术，而是开发出一种新的质粒盒（plasmid cassette）技术，利用大肠杆菌在L1插入位点产生大量多拷贝DNA。

    “Nico 和 Sheila发明这项技术之前，我们也能够将L1导入细胞中，但效率很低。”Moran 解释说。“现在利用这项新技术，我们不仅能够探查到L1整合到哪里，而且还可以了解它们发生了怎样的变化。借助于人类基因组序列草图，我们分离出L1整合之前插入位点的DNA序列，对整合前后的序列进行了比较。在过去的18个月里，我们研究了过去6年来的约50例L1转座实验，识别出其中4例发生了DNA敲除事件。”

    Moran 说，这项研究一个更为激动人心的结果就是L1是通过不同的机制创造新DNA断裂点，或利用现有断裂点的。他怀疑L1存在着多种与细胞中的宿主酶互相作用的方式。

    L1总是相同的－－无论它们在什么细胞中，因此如果你发现整合位点DNA的重排不同，这就暗示着宿主因子与L1反转录机制之间互作的方式不同。”他说。“我们对L1研究越多，就越感到对它的了解是多么的少。在生物学中，所有故事总是等到有人更深挖掘它们时才会变得简单。”

消息来源：密歇根大学健康系统

生物通摘译自BIO.COM