一项研究发现，细胞活动暗示我们的DNA中存在循环利用

　　

虽然你可能不欣赏它们，甚至没有听说过它们，但在你的身体里，无数被称为剪接体的微观机器正在努力工作。当你坐下来阅读的时候，它们通过移除内含子的序列，忠实而迅速地将你基因中破碎的信息重新组合在一起，这样你的信使rna就能制造出你细胞所需的正确蛋白质。

内含子可能是我们基因组中最大的谜团之一。它们是打断你基因中敏感的蛋白质编码信息的DNA序列，需要“剪接”出来。人类基因组有成千上万的内含子，每个基因大约有7到8个，每个内含子都被一种称为“剪接体”的特殊RNA蛋白质复合物去除，这种复合物会剪切掉所有的内含子，并将剩下的编码序列(称为外显子)拼接在一起。这个由断裂的基因和剪接体组成的系统是如何在我们的基因组中进化的还不得而知。

在他漫长的职业生涯中，加州大学圣克鲁兹分校分子、细胞和发育生物学的杰出教授曼尼·阿瑞斯(Manny Ares)一直把尽可能多地了解RNA剪接作为自己的使命。

阿瑞斯说:“我对剪接体很感兴趣。“我只是想知道剪接体的所有功能——即使我不知道它为什么这么做。”

在《基因与发育》杂志上发表的一篇新论文中，阿瑞斯报告了一项关于剪接体的惊人发现，该发现可以告诉我们更多关于不同物种的进化以及细胞适应内含子奇怪问题的方式。作者表明，在剪接体完成对mRNA的剪接后，它仍然保持活性，并可以与被移除的内含子进行进一步的反应。

这一发现为我们提供了迄今为止最有力的证据，表明剪接体可以将内含子重新插入基因组的另一个位置。这种能力以前并不被认为是剪接体所具备的，但这是“II族内含子”的共同特征。II族内含子是剪接体的远亲，主要存在于细菌中。

剪接体和II组内含子被认为有共同的祖先，负责在基因组中传播内含子，但是II组内含子可以将自己从RNA中剪接出来，然后直接插入DNA，而在大多数高级生物中发现的“剪接体内含子”需要剪接体进行剪接，并且不被认为是重新插入DNA。然而，阿瑞斯实验室的发现表明，剪接体今天可能仍在将内含子重新插入基因组中。这是一个有趣的可能性，因为重新引入DNA的内含子增加了基因组的复杂性，更多地了解这些内含子的来源可以帮助我们更好地理解生物体是如何继续进化的。

基于一个有趣的发现

生物体的基因是由DNA构成的，其中有四种碱基，腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)按顺序排列，为生物指令编码，比如如何制造身体所需的特定蛋白质。在这些指令被读取之前，DNA通过转录过程被复制成RNA，然后在核糖体将其翻译成真正的蛋白质之前，RNA中的内含子必须被移除。

剪接体通过两步过程去除内含子，导致内含子RNA的一端与中间连接，形成一个带有尾巴的圆圈，看起来像牛仔的“套索”。这种外观导致它们被命名为“larional内含子”。最近，布朗大学的研究人员在研究这些环状结构中连接位点的位置时，发现了一个奇怪的现象——一些内含子实际上是圆形的，而不是环状的。

这一观察立刻引起了阿瑞斯的注意。从RNA序列中移除后，似乎有什么东西与lari内含子相互作用，改变了它们的形状，剪接体是他的主要怀疑对象。

阿瑞斯说:“我认为这很有趣，因为这个关于内含子来源的古老想法。”“有很多证据表明，剪接体的RNA部分，即snrna，与II类内含子密切相关。”

由于剪接的化学机制在剪接体和它们的远亲II族内含子之间非常相似，许多研究人员推测，当II族内含子的自剪接过程效率太低而无法可靠地自行完成时，这些内含子的一部分就会进化成剪接体。然而，虽然II组内含子能够直接插入DNA中，但需要剪接体帮助的剪接体内含子被认为不能插入DNA中。

“在我看来，这个故事中缺少的一个问题是，现代剪接体是否仍然能够获取一个变异内含子并将其插入基因组的某个地方?”阿瑞斯说。“它还能做祖先复合体做过的事吗?”

为了开始回答这个问题，阿瑞斯决定调查是否真的是剪接体改变了主内含子以去除它们的尾巴。他的实验室减慢了酵母细胞的剪接过程，并发现剪接体释放出完成内含子剪接的mRNA后，它会附着在内含子变体上，并将它们重新塑造成真正的圆圈。阿瑞斯实验室能够重新分析已发表的来自人类细胞的RNA测序数据，并发现人类剪接体也具有这种能力。

阿瑞斯说:“我们对此感到兴奋，因为虽然我们不知道这种环状RNA可能会做什么，但剪接体仍然活跃的事实表明，它可能能够催化lariat内含子插入基因组。”

如果剪接体能够将内含子重新插入DNA中，这也将大大增加剪接体和II类内含子在很久以前拥有共同祖先的理论的分量。

检验理论

现在，阿瑞斯和他的实验室已经证明，剪接体具有催化能力，可以像它们的祖先一样，假设地将内含子放回DNA中。下一步，研究人员将创造一种人工环境，在这种环境中，他们将DNA链“喂”给剪接体，剪接体仍然附着在一个外部内含子上，看看他们是否真的能让剪接体将内含子插入某个地方，这将为这一理论提供“概念证明”。

如果剪接体能够将内含子重新插入基因组中，这在人类中可能是非常罕见的事件，因为人类对剪接体的需求非常高，因此没有太多时间花在移除的内含子上。然而，在剪接体不那么繁忙的其他生物体中，内含子的重新插入可能更频繁。Ares正与UCSC生物分子工程教授Russ Corbett-Detig密切合作，Russ Corbett-Detig最近在所有含内含子的物种的可用基因组中系统而详尽地寻找新的内含子，并于去年发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

发表在《美国国家科学院院刊》上的这篇论文表明，远在进化史上的内含子“爆发”事件可能会同时将数千个内含子引入基因组。阿瑞斯和科比特-德蒂格现在正致力于人工重建爆发事件，这将使他们深入了解当这种情况发生时基因组是如何反应的。

阿瑞斯说，他与科比特-德蒂格的跨学科合作为他们真正深入研究内含子的一些最大谜团打开了大门，如果没有他们的共同专业知识，他们可能不可能完全理解这些奥秘。

“这是最好的办法，”阿瑞斯说。“当你发现有人有同样的问题，但有不同的方法、观点、偏见和奇怪的想法时，那就更令人兴奋了。”这让你觉得你可以突破并解决这样一个非常复杂的问题。”