三篇论文：从“自私”基因到生物过程中的关键元素

　　2001年，人类基因组测序揭示了一个惊人的事实:超过45%的基因组来自转座子序列，这种“跳跃”基因可以在基因组内移动，通过剪切-粘贴或复制-粘贴的分子机制产生新的拷贝。由于这一特点，它们也被称为“自私基因”，只对复制感兴趣，就像病毒的行为一样。然而，由Stefano Gustincich和Remo Sanges教授领导的SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati和IIT - instituto Italiano di technologia合作进行的新研究揭示了与这些转座子相关的重要和意想不到的功能，揭穿了它们作为自私基因的名声。

　　

2001年，人类基因组测序揭示了一个惊人的事实:超过45%的基因组来自转座子序列，这种“跳跃”基因可以在基因组内移动，通过剪切-粘贴或复制-粘贴的分子机制产生新的拷贝。由于这一特点，它们也被称为“自私基因”，只对复制感兴趣，就像病毒的行为一样。然而，由Stefano Gustincich和Remo Sanges教授领导的SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati和IIT - instituto Italiano di technologia合作进行的新研究揭示了与这些转座子相关的重要和意想不到的功能，揭穿了它们作为自私基因的名声。

自私的跳投

如今，转座子产生的大部分拷贝都是不活跃的，但在人类和其他哺乳动物的基因组中，大约有100个转座子拷贝属于所谓的LINE(长分散核元件)家族，它们仍然具有潜在的活性。这意味着它们可以被转录，产生信使rna，当这些信使rna被翻译成蛋白质时，也可以参与基因序列的复制和粘贴过程。LINE转座子的这种能力对基因组完整性构成了潜在的风险:随机插入一个新的基因拷贝可能会干扰重要的遗传功能。为了防止这种危险，在进化过程中，生物体已经发展出能够阻断或限制转座子活动的细胞防御机制，从而有助于保持基因组的稳定性。

研究

为什么我们的基因组允许并精细地调节转座子的活动，这一根本问题是这一实验室进行研究的推动力。这两个研究中心开展的研究发表了三篇文章，带来了意想不到的结果，揭示了LINE元素对生物体分子过程的潜在贡献。

发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的第一篇文章《LINE-1通过充当长链非编码RNA调节皮层发育》表明，LINE转座子产生的RNA对小鼠大脑皮层的发育至关重要。没有这种RNA，大脑皮层就不能正常发育，构成这个器官的不同细胞类型的比例就会受到损害。根据该研究的主要作者，印度理工学院研究员Damiano Mangoni的说法，“从这项工作中得到的最重要的信息之一是，LINEs产生了数千种潜在的非编码rna，这些rna直到现在才被注意到，在分子过程中发挥着积极的作用，使大脑的正常发育和功能得以实现。”

第二篇文章《小波基因和小鼠受精卵基因组激活的line -1转录动力学的计算机表征》发表在《细胞与发育生物学前沿》上，研究了与胚胎发育早期阶段相关的数据，即双细胞胚胎开始产生自己的RNA。关键的发现是LINE元素被蛋白质复合物识别，这些蛋白质复合物启动了胚胎正常发育所必需的转录过程。Federico Ansaloni，这项研究的主要作者和前SISSA博士生，现在是斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院的研究员，评论说:“研究胚胎发育的早期阶段使我们能够概述新个体形成的生物学过程。我觉得很有趣的是，转座子，长期以来被认为是垃圾DNA，实际上是这样一个微妙过程的关键因素。”

最后，发表在《Molecular autism》上的文章“自闭症中L1逆转录转座子表达的探索性分析”，研究了LINE转座子在自闭症谱系障碍患者大脑中的行为。研究人员发现，这些序列的转录调控仅在一小部分自闭症患者中有所不同。数据分析还发现了一组含有LINE拷贝的基因，当这些基因被激活时，会抑制宿主基因的转录，这表明这些序列包含被细胞调节机制识别的特定信号。该研究的第一作者、前SISSA博士研究生、现在是Valle d'Aosta (CMP3VdA)个性化、预防和预测医学中心的研究员Giovanni Spirito说:“我们的工作表明，在某些情况下，自闭症可能是由控制LINEs的基因突变引起的。对于这些病例，能够恢复对这些因素控制的药物的开发可能有助于治疗。”

未来的视角

SISSA功能和结构基因组学博士协调员、该研究的联合协调员Remo Sanges说:“观察到这一点很有趣，一旦识别转座子序列的能力进化了，我们的基因组就发展出了利用这些自私元素的能力，利用它们作为可以打开或关闭整个转录程序的信号，使它们对正常的胚胎和大脑发育不可或缺。”Stefano Gustincich，该研究的联合协调员，前SISSA教授，现任印度理工学院RNA中心实验室主任，补充说:“社区开始观察到这些元素在大脑中是功能性和重要的，但到目前为止，大多数注意力都集中在产生新拷贝的影响上。通过我们的研究，我们发现这些元素最重要的功能是在RNA水平上，因此独立于创造新的拷贝。这一发现可以解释为什么这些元素的许多拷贝在所有生物的基因组中保持活跃和精细调节。”

这些研究，正如作者所同意的那样，为新的和创新的研究路线铺平了道路，旨在识别和理解转座子序列及其主要功能中的调节信号，以及确定神经发育和衰老相关疾病的新治疗方法。