科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了“垃圾”DNA的作用

密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)確定了被認(rèn)為是“垃圾DNA”的衛(wèi)星DNA如何在將基因組保持在一起起著至關(guān)重要的作用。

他們最近在eLife雜志上發(fā)表的研究結(jié)果表明，這種遺傳“垃圾”具有確保染色體在細(xì)胞核內(nèi)正確束縛的重要功能，這是細(xì)胞存活所必需的。并且這種功能似乎在許多物種中都是保守的。

這種pericentromeric衛(wèi)星DNA由一個非常簡單，高度重復(fù)的遺傳密碼序列組成。雖然它占我們基因組的很大一部分，但衛(wèi)星DNA不包含制作任何特定蛋白質(zhì)的說明。更重要的是，它的重復(fù)性被認(rèn)為使基因組不那么穩(wěn)定，更容易受到損害或疾病。直到最近，科學(xué)家才相信這種所謂的“垃圾”或“自私”DNA并沒有任何真正的目的。

LSI的研究教授，該研究的第一作者Yukiko Yamashita說：“但我們并不完全相信這只是基因組垃圾。”“如果我們不積極地需要它，如果沒有它會給我們一個優(yōu)勢，那么進(jìn)化可能會擺脫它。但這種情況并沒有發(fā)生。”

Yamashita和她的同事決定看看如果細(xì)胞不能使用這種pericentromeric衛(wèi)星DNA將會發(fā)生什么。因為它存在于長而重復(fù)的序列中，所以研究人員不能簡單地將整個衛(wèi)星DNA從基因組中變異或切割出來。相反，他們通過D1(一種已知與衛(wèi)星DNA結(jié)合的蛋白質(zhì))接近了這個問題。

研究人員從常用的模式生物Drosophila melanogaster(果蠅)的細(xì)胞中去除了D1。研究小組迅速注意到生殖細(xì)胞 - 最終發(fā)育成精子或卵子的細(xì)胞 - 正在死亡。

進(jìn)一步分析顯示，垂死的細(xì)胞在包括基因組片段的細(xì)胞核外形成微核或微小芽。沒有整個基因組包裹在細(xì)胞核中，細(xì)胞就無法存活。

研究人員認(rèn)為，D1蛋白與衛(wèi)星DNA結(jié)合，將所有染色體拉在細(xì)胞核中。如果D1蛋白不能抓住衛(wèi)星DNA，那么細(xì)胞就會失去形成完整細(xì)胞核并最終死亡的能力。

“這就像形成一束花，”Yamashita說，他也是密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)教授，也是HHMI研究員。“這種蛋白質(zhì)具有多個結(jié)合位點(diǎn)，因此它可以結(jié)合到多個染色體上并將它們包裝在一起，防止個別染色體浮出細(xì)胞核。”

該團(tuán)隊使用小鼠細(xì)胞進(jìn)行了類似的實驗并發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果：當(dāng)他們移除通常與小鼠衛(wèi)星DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)時，細(xì)胞再次形成微核并且不能存活。

果蠅和小鼠細(xì)胞的相似發(fā)現(xiàn)使Yamashita和她的同事們相信，衛(wèi)星DNA對于細(xì)胞存活至關(guān)重要，不僅僅是模式生物，而是跨越將DNA嵌入細(xì)胞核的物種- 包括人類。

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