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颠覆认知!男性和女性仅差一小段“垃圾DNA”的距离

2018-6-26 17:18| 发布者: 得宝宝优生顾问| 查看: 88| 评论: 0

摘要: 以往谈到基因暗物质,人们的第一反应就是,这些DNA没什么用处,相当于垃圾。但是随着研究的不断深入,科学家发现,曾经被称为暗物质的基因在很多生命活动中起到重要作用,对人类的特性、疾病产生着重要影响。近日, ...

以往谈到基因暗物质,人们的第一反应就是,这些DNA没什么用处,相当于垃圾。但是随着研究的不断深入,科学家发现,曾经被称为暗物质的基因在很多生命活动中起到重要作用,对人类的特性、疾病产生着重要影响。近日,两大顶级学术期刊CellScience分别发表了基因暗物质的最新研究进展,原来它们不仅与胚胎发育有关,而且还能决定性别转换!这些发现无疑颠覆了人们对基因暗物质的认知。

“玩火”的胚胎

在我们的DNA中有一类基因暗物质被称为“跳跃基因”,它们不受控制的在基因组中自由跳跃,难以剔除。有一些不安分的“跳跃基因”还会干扰到细胞的正常生理活动,甚至引发癌症。

6月22日,Cell发表文章称,美国加州大学的科学家们在胚胎干细胞和早期胚胎中发现跳跃基因LINE1在大量表达,并且对正常胚胎发育起到至关重要的作用。科学家对这一发现感到非常吃惊,因为在他们看来早期胚胎简直就是在危险的边缘试探!

该研究团队发现的这种叫做 LINE1 的“跳跃基因”普遍存在于基因组中,且多被认为具有致病风险。可以想象,当研究人员在发育的细胞中发现LINE1的RNA时,是怎样的心情。对于这一可能造成不良后果,而又真实存在的现象,研究人员进行了深入挖掘分析。

LINE1 在胚胎发育中扮演了不可或缺的作用

首先,研究人员剔除了小鼠胚胎干细中 LINE1的RNA,结果发现,缺乏 LINE1 的胚胎干细胞,其基因表达模式发生了重大改变,变回了受精卵刚刚分裂一次后的模样。而当受精卵缺乏LINE1时,它竟也只能分裂一次,始终无法突破两细胞阶段

随后的研究发现,在发育阶段LINE1 不会在基因组里跳来跳去,相反,它的RNA会被困在细胞核中,与基因调控蛋白形成复合体,而这个复合体在胚胎发育中起到关键作用。只有这个复合体生效,才能让胚胎发育超越“双细胞”这一阶段,继续发育。

研究人员表示,在以往的基因研究中,仅占大约 1%的编码基因一直是研究主流,但该研究发现颠覆了这一认知,尽管看上去胚胎像是在玩火,但这一切都经过了精密的计算,并对发育起到了调控作用。或许占所有基因近50%的“跳跃基因”将成为研究热点。

男性和女性仅差一小段“垃圾DNA”的距离

6月14日,Science也发表了一项基因暗物质的研究成果,英国Francis Crick研究所的科学家发现,如果雄性小鼠缺少一小部分DNA,它们就会长出卵巢而不是睾丸。该研究首次证明,改变DNA的非编码区域就能实现性别逆转。

此前研究表明,在早期性器官发育的关键阶段,除非有足够的SOX9蛋白帮助睾丸发育,否则哺乳动物将形成卵巢,发育成雌性。而SOX9的产量最初由Y色体上的Sry基因控制,这就证明了为什么拥有Y染色体的胚胎会发育成雄性。

在最新研究中,科学家证实,位于离Sox9基因超过50万个碱基处的一小段DNA——增强子13能够在适当的时机促进SOX9蛋白的产生,从而触发睾丸发育。当研究人员从雄性小鼠中删除Enh13后,Sox9的活跃度随之降低,小鼠长出了卵巢和雌性生殖器。 

删除Enh13会导致男性与女性的性反转

为了找到Sox9的增强子,研究团队筛选出了16个候选位点,最终找到了长度为557个碱基的Enh13。Enh13位于小鼠基因组中的一部分,该部分可直接映射到人类基因组的一个区域。已有研究表明,该区域丢失更大DNA片段、拥有XY染色体的人会发育出女性性器官,而这项最新研究成果为这一现象提供了解释。

科学家认为,Enh13可能与人类性发育障碍有关,有望被用于诊断其中一些病例。此外,该研究共鉴定出了4个增强子,但令人惊讶的是,仅其中1个增强子就能控制像性别这样重要的事情。

以上两项研究表明以往被认为是垃圾的DNA也会在胚胎发育中起到关键作用,而且还能决定性别。人类基因组中大量存在基因暗物质,随着对基因暗物质研究的深入,相信会有更多的重要作用被发现,为疾病诊断治疗带来新的契机。

来源:学术经纬、生物探索

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