新技術更好地確定古老的病毒DNA如何影響人類基因

一項新的研究發(fā)現，新的實驗室技術可以確定哪些基因受到病毒遺傳密碼留下的DNA片段的影響。長期以來已知病毒通過使用它們侵入的細胞的遺傳機制來繁殖。研究作者說，作為這一過程的一部分，這些微生物在許多生命形態(tài)(包括小鼠和人類)的遺傳物質(基因組)中留下了數千個稱為轉座子的DNA序列。幾十年前的研究確立了這些病毒插入中的一些已經在基因的作用中發(fā)揮作用的想法。

然而，確定哪些轉座子調節(jié)哪些基因已被證明是一種挑戰(zhàn)，因為轉座子可能影響附近的基因或位于遠離DNA分子鏈的基因。這項新研究于12月13日在線發(fā)表在Genome Biology上，描述了捕獲更多關于病毒插入在基因組中的位置和影響的信息的方法，識別可能受活性轉座子控制的基因(大多數被我們細胞的防御機制沉默)。

“我們研究的一個有趣的發(fā)現是，單個轉座子可以控制多個基因，并且一個基因可以被一個以上的轉座子調節(jié)，增加了轉座子對健康和疾病的潛在影響的復雜性，”研究作者Jane Skok博士，Sandra和Edward H. Meyer紐約大學Langone Health的Perlmutter癌癥中心放射腫瘤學教授。“此外，來自同一家族的病毒插入優(yōu)先相互作用，可能加強其對遺傳活動的影響。”

遺傳現實觀

在發(fā)現DNA之后的幾十年里，研究人員大多數都在考慮遺傳學方面的基因，DNA片段或序列，它們編碼在細胞中構建蛋白質的指令。然后科學家們發(fā)現，基因只占我們DNA的2%，并且大多數遺傳復雜性源于巨大的非基因代碼，這些代碼會影響基因打開或關閉的時間。此外，發(fā)現一半的非基因代碼來自病毒DNA的插入。因此，作者說，遺傳變異和引起疾病的錯誤的可能性發(fā)生在轉座子和基因中。

目前的結果是基于發(fā)現稱為增強子的DNA片段控制基因活性。這些增強子可以在線性DNA鏈上與它們的靶基因分開長距離，但是可以在3-D空間中卷曲以通過形成環(huán)與鏈的另一部分相互作用。然后證據表明，這些環(huán)化增強子中的一些可能是病毒轉座子序列的一部分。

但那些試圖理解這些增強劑作用的人面臨著一個問題。

轉座子插入發(fā)生在許多位點，因此重復相同的DNA代碼(不是唯一的)。然而，流行的全基因組關聯研究依賴于在單一，獨特的DNA片段和疾病風險之間找到聯系。因此，通常忽略重復序列，因為不清楚這些多個插入位點中的哪一個與特定疾病相關基因相互作用。

實驗證據支持這樣一種觀點，即為了施加影響，增強劑必須通過環(huán)形成與其靶基因進行物理接觸。隨著一種稱為染色體構象捕獲的技術的發(fā)展，在2002年識別不同DNA片段之間的這種相互作用成為可能。

目前的研究描述了該技術的兩種變體，統稱為4TRAN，它利用轉座子的重復性來捕獲它們的相互作用。這些技術提供了直接證據，證明一些轉座子通過環(huán)化對基因進行遠程控制。

其中一種新技術4TRAN-PCR被證明能夠發(fā)現涉及含有特定DNA序列的轉座子家族成員的所有相互作用，使研究人員能夠計算出這些轉座子發(fā)生的數百或數千個位置。該方法證明轉座子更可能與局部鄰域(拓撲結合域)內的DNA相互作用，但也表明它們參與由它們所處的區(qū)室的激活狀態(tài)決定的長程相互作用。

第二種技術Capture 4TRAN將探針連接到病毒家族的每個成員，與其他技巧相結合，使團隊能夠確定任何單個轉座子拷貝對特定基因或基因的影響。例如，該研究表明病毒MER41家族遺留下的7,200個重復DNA中的一些，它們在6千萬年前感染了我們的靈長類動物祖先，現在可以作為通過遠程DNA接觸打開免疫系統基因的增強子。通過循環(huán)。具有諷刺意味的是，在這種情況下，目標基因可以對抗所有病毒。

展望未來，該團隊已經開始嘗試尋找轉座子和癌細胞中與健康細胞不同的基因之間的相互作用網絡。

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