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走近基因组“暗物质”

2013/11/29
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日前,研究人员取得了一项里程碑式的新成果?#26680;?#20204;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。这项刊登在《自然》杂志上的研究将有助于分析复杂疾病特征所在的?#38750;?#20301;置。

日前,研究人员取得了一项里程碑式的新成果?#26680;?#20204;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。这项刊登在《自然》杂志上的研究将有助于分析复杂疾病特征所在的?#38750;?#20301;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?#26263;?#30740;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。

在这项最新研究中,来?#21592;?#24030;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)?#28909;?#21457;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?#38750;?#20301;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?#26263;?#36951;传物质。然后通过再经过多个步骤,基因表达成蛋白”,Pugh 解释道。

并且他还补充说,在他们寻找转录起始所在之处的研?#31185;?#38388;,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。

“我们之所以采取这种方式,是因为许多 RNA 在制造出来后就立即被降解了,这令我们防不胜防,” Pugh 说,“因此我们没有去寻找转录的 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?#36136;?#20998;重要,要知道实际上我们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?#19994;?#23427;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?#28010;?#20204;究竟是用来做什么的,或者它们为什么在那里,” Pugh 说,“现在至少我们知?#28010;?#20204;是真实的了,不只是‘噪音’或‘垃圾’。当然下一?#20132;?#38656;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,那么我们就能一步步的了解这种疾病。”

文章来自:生物谷

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