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Science:衰老喚醒基因組中的“潛伏惡魔”

日期:2014-12-09 08:59:21

 許多生物體包括人類的基因組中都散落著許多稱之為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子retrotransposons)的DNA重復(fù)序列。在發(fā)表于《科學(xué)》(Science)雜志上的一篇新的前瞻性文章(Perspective article)中,4位生物學(xué)家寫道,盡管大多數(shù)的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子已成為了進化過程中無活性的“化石”,大約100個這樣的流氓(rogue)元件仍然在試圖拷貝自身,有可能嚴重破壞健康。

 

反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可以轉(zhuǎn)錄合成mRNA,再逆轉(zhuǎn)錄合成新的DNA元件整合到基因組中。人類基因組中包含有100個稱作為人類LINE-1L1Hs)的自主活化反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。這些L1Hs編碼的蛋白質(zhì)包括逆轉(zhuǎn)錄酶對逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座過程至關(guān)重要,其形成了帶著mRNA的核蛋白顆粒。

 

第二種豐富的人類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是Alu元件,由于它不編碼蛋白質(zhì)依賴L1Hs來進行移動,它的轉(zhuǎn)錄物與L1Hs編碼蛋白組裝在一起。L1HsAlu核蛋白顆粒隨后進入到細胞核中,通過一個稱作為靶序列引發(fā)逆轉(zhuǎn)錄(target-primed reverse transcription)的過程,將新的DNA元件插入到基因組中的準隨機位點。

 

包括論文資深通訊作者、布朗大學(xué)生物學(xué)家Stephen HelfandJohn Sedivy在內(nèi)的一些研究人員注意到,基因組并沒有忽視這些威脅。我們的細胞通過將它們卷繞在稱作為異常染色質(zhì)的緊密構(gòu)象中嚴格抑制了反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。但來自布朗大學(xué)和其他機構(gòu)的一些近期研究證實隨著生物體的衰老,會放松這些防御機制,使得反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子顯現(xiàn)出來,有可能促成了諸如癌癥、神經(jīng)退行性疾病和自身免疫性疾病的一些健康問題。

 

隨著年齡的增長,增大的壓力、DNA損傷和端粒縮短削弱了多個抑制反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的系統(tǒng)。衰老細胞松開受到壓制的異染色質(zhì),SIRT6遠離L1啟動子重定位,同時自噬效率降低。另一些防御信號通路有可能也喪失了它們的效力。釋放對L1元件可能導(dǎo)致深遠的體細胞損傷,驅(qū)動衰老相關(guān)的細胞和組織功能障礙。

 

作者們寫道:“盡管衰老可能是生命最基本的一個方面,其背后的機制仍然是個謎。反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子激活帶來了另一個層面:我們可能陷入了宿主和寄生物復(fù)雜的斗爭中——進化對雙方起作用,或許給我們的身體造成了深遠的間接損害(collateral damage)。

 

盡管這場戰(zhàn)斗在我們的細胞內(nèi)持續(xù)了數(shù)百萬年,人類現(xiàn)在或許可以更加有目的地做一些與之相關(guān)的事情。

 

作者在文章提出:“顯然,通過讓反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子陷于異染色質(zhì)中來保持現(xiàn)狀是一種有吸引力的策略。為此,我們需要一些藥物來靶向染色質(zhì)調(diào)控因子。”

 

靶向HIV的一些“逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑”是另一種有前景的方法,因為它們可以阻止反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在基因組中散播來阻礙這一過程。

 

特別關(guān)注