科学家发现“垃圾”DNA 的新角色

2018-04-16 序说
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日前,在线发表 在《eLife》期刊一项最新研究表明,“垃圾 DNA”对确保染色体正确捆绑在细胞核上起重要作用,如果缺乏这些基因,细胞无法生存,这个新发现的功能似乎在许多物种中保守。

着丝粒卫星 DNA(satellite DNA)是很简单的一串高度重复序列。它们占用基因组空间,但不包含任何蛋白质指令,更重要的是,人们一直认为它的重复性可能是导致基因组不稳定和更容易受到损伤或疾病的原因。直到最近,科学家们仍认为这些“垃圾”或“自私”DNA 没有任何真正作用。

论文通讯作者、密歇根大学生命研究所 的 Yukiko Yamashita 教授说:“但是,我们不太相信它们仅是基因组的垃圾。退一步讲,如果它不能为我们带来优势,我们可能并不会积极地需要它,那么,进化上可能早就摆脱它了,但事实上这还没发生。”

Yamashita 和同事决定观察一下,如果细胞不能利用这些着丝粒卫星 DNA 会发生什么。

因为它们位于重复长序列中,研究人员不能简单地突变或从基因组中切割整个卫星 DNA,于是他们转向了一种已知的与卫星 DNA 结合的蛋白质“D1”。

研究人员将果蝇细胞的 D1 移除,很快注意到,最终将发育成精子或卵细胞的生殖细胞正在死亡。

进一步分析显示,垂死细胞的细胞核外生成了内部包裹着基因组碎片的微细胞核(micro-nuclei),细胞因核内缺乏完整基因组而不能存活。

研究人员认为,D1 蛋白与卫星 DNA 结合,将所有染色体连接固定在细胞核内,如果 D1 蛋白不能捕获卫星 DNA,基因组就会“散架”,细胞失去形成完整细胞核的能力,最终死亡。

“像一把花束,”细胞和发育生物学教授 Yamashita 说。“D1 蛋白有多个结合位点,可以将多个染色体捆扎在一起,防止单个染色体从细胞核中飘浮出来。”

研究人员又在小鼠细胞中重复了类似实验,结果相同:移除与小鼠卫星 DNA 结合蛋白(HMGA1)后,细胞再次形成微细胞核,无法存活。

果蝇和小鼠细胞的相似实验结果使 Yamashita 认为,卫星 DNA 是细胞生存不可分割的基本组件,它的影响很可能是跨物种的,不仅模式生物如此,人类也可能如此。

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  • 垃圾 DNA

    垃圾 DNA

    非編碼 DNA(Non-Coding DNA,或称“垃圾 DNA”),是指不包含製造蛋白質的指令,或是只能製造出無轉譯能力 RNA 的 DNA 序列。 此類 DNA 在真核生物的基因組中佔有大多數。

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