“跳跃基因”——可以从基因组的一个点移动到另一个点的DNA片段——以在漫长的进化过程中增加遗传多样性而闻名。现在，位于圣路易斯的华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine in St. Louis)的一项新研究表明，这些也被称为转座因子的基因发挥着另一个更令人惊讶的作用:稳定细胞核内DNA分子的3D折叠模式。
这项研究发表在1月24日的《基因组生物学》杂志上。
任何人类细胞的细胞核内的DNA分子都超过6英尺长。为了适应这么小的空间，它必须折叠成精确的回路，这些回路也控制着基因的开启或关闭。随机移动的DNA片段可以为这些折叠模式提供稳定性，这似乎违反直觉。事实上，这一发现与一个长期以来的假设相矛盾，即DNA序列中字母的精确顺序决定了DNA分子的整体结构。
”在更大的3 d折叠的地方老鼠和人类之间的基因是相同的,你期望的字母序列DNA的锚定,形状是守恒的,”资深作者Ting Wang表示Sanford c .和凯伦p Loewentheil医学特聘教授。“但这不是我们发现的，至少不是在过去被称为‘垃圾DNA’的基因组部分。”
通过研究小鼠和人类血细胞的DNA折叠，研究人员发现，在许多DNA折叠模式通过进化得以保存的区域，建立这些折叠的DNA字母的遗传序列是不存在的。它被轻微地取代了。但是这种变化的序列，一种基因的更替，不会造成问题。因为结构基本上保持不变，所以功能也可能保持不变，所以重要的东西没有改变。
“我们惊讶地发现，一些年轻的转座因子可以维持旧的结构，”第一作者Mayank N.K. Choudhary说，他是王实验室的一名博士生。我们发现，在过去的8千万年中，当老鼠和人类的共同祖先首次分道扬镳时，这种情况已经发生了很多次。”
事实上，一个新的转座因子可以插入自身，并发挥与现有锚点相同的作用，这在基因组的调节部分——决定基因如何以及何时开启或关闭的DNA分子区域——造成了冗余。
根据研究人员的说法，这种冗余使基因组更有弹性。提供新奇和稳定,跳跃基因可以帮助哺乳动物基因组中一个至关重要的平衡——让动物适应气候变化的灵活性,例如,在保持生命所需的生物功能,防止造成的DNA损伤,地球上的生活和繁殖在深时间的跨度,以成千上亿年。
即便如此，研究人员还是小心翼翼地将基因组中负责产生蛋白质的部分与其余部分区分开来。在编码蛋白质的基因中，基因序列和结构都是保守的，而这项研究并不与之矛盾。然而，新的研究表明，在基因组的非蛋白质编码区跳跃的基因遵循不同于蛋白质编码基因的保护规则。
“我们的研究改变了我们对DNA非编码区域基因变异的理解，”王说。“例如，对许多人的基因组进行的大规模调查发现，非编码区域存在许多变异，这些变异似乎对基因调控没有任何影响，这一直令人困惑。但是根据我们对转座因子的新理解，它更有意义——虽然局部序列可以改变，但是函数保持不变。
“根据我们对转座因子的新认识，我们可能需要重新审视这些类型的研究，”他补充说。“我们发现了基因组序列中另一层以前不知道的复杂性。”
这项工作由美国国家卫生研究院(NIH)支持，资助编号T32GM007067, R25DA027995, R01HG007175, U01CA200060, U24ES026699, U01HG009391和U41HG010972;美国癌症协会，资助编号为RSG-14-049-01-DMC;以及华盛顿大学的精准医疗路径。
Choudhary MNK, Friedman RZ, Wang JT, Jang HS, Zhuo X, Wang T.增选转座子有助于维持保守的高阶染色体结构。基因组生物学。2020年1月24日。
华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的1500名教员也是巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣约瑟夫医院(St。路易的儿童医院。医学院在医学研究、教学和病人护理方面处于领先地位，在《美国新闻与世界报道》(U.S. News &世界报道。通过与巴尼斯犹太医院(Barnes-Jewish)和圣路易斯儿童医院(St. Louis Children’s hospitals)的合作，医学院与BJC HealthCare建立了联系。
最初由医学院出版
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://source.wustl.edu/2020/01/jumping-genes-help-stabilize-dna-folding-patterns/