我們的身體中有37萬億個(gè)細(xì)胞，在每個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部都在進(jìn)行著一場內(nèi)戰(zhàn)。來自密西根大學(xué)的科學(xué)家們現(xiàn)在揭示了細(xì)胞是如何通過維持這種戰(zhàn)爭來防止造成太多繼發(fā)損傷的。

 

戰(zhàn)爭中的一方：你的“調(diào)控”DNA為生命提供日常的指令。另一方：一些小片段的流氓DNA像間諜一樣隱藏在你自身DNA的基因之間。這些流氓DNA片段時(shí)不時(shí)生成自身拷貝，“跳躍”到其他的DNA位點(diǎn)，往往引起有害突變。

 

我們的細(xì)胞是如何極力防止這些稱作為LINE-1反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的流氓DNA的效應(yīng)的，仍然是一個(gè)謎題。在發(fā)表于開發(fā)性期刊eLife上的一篇新論文中，來自密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們和同事們像戰(zhàn)地記者一樣捕捉了這一戰(zhàn)爭的過程。

 

他們將焦點(diǎn)放在了一種叫做APOBEC3A的酶的防御活性上，證實(shí)當(dāng)LINE-1反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子跳躍到新位點(diǎn)時(shí)APOBEC3A可引起它們內(nèi)部發(fā)生突變。這可以阻止LINE-1反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子隨后侵入其他的DNA區(qū)域。

 

這一防御性攻擊向細(xì)胞內(nèi)部的其他防御力量發(fā)送了信號(hào)，來抵制這一跳躍基因，清除遭到破壞的基因拷貝。

 

研究結(jié)果不僅幫助解答了機(jī)體的一個(gè)秘密，它們或許還可以幫助開發(fā)出一些癌癥藥物。由于其他的APOBEC酶可引起癌癥相關(guān)的一些突變——這種“來自友軍的誤射炮火”可使得這些酶成為新藥的潛在靶點(diǎn)。

 

APOBEC3A能夠消除LINE-1的活性，或許表明了采用一些抗癌藥物來阻斷APOBEC3有可能會(huì)造成一些影響。

 

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、密西根大學(xué)及霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所遺傳學(xué)家John Moran博士說，新研究結(jié)果向科學(xué)家們提供了有關(guān)一個(gè)猜測防御策略的首個(gè)證據(jù)。

 

“往往很難看到我們細(xì)胞內(nèi)部的一個(gè)有效過程中通常所發(fā)生的事件。通過阻斷通常清除這種互作證據(jù)的一個(gè)過程，我們開始看到了正在發(fā)生的過程，”Moran說。

 

危險(xiǎn)的垃圾

 

Moran說，我們的每個(gè)細(xì)胞中包含有多達(dá)50萬個(gè)LINE-1拷貝。LINE-1是所謂“垃圾DNA”的一個(gè)組成部分。盡管“垃圾DNA”構(gòu)成了我們一半的遺傳物質(zhì)，但至今仍不是很清楚這些“垃圾DNA”的作用。

 

大多數(shù)的LINE-1拷貝保持靜止，但在每個(gè)細(xì)胞中都存在著數(shù)十個(gè)活化拷貝。LINE-1反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可以激活并跳躍，使得它們成為了危險(xiǎn)的垃圾。

 

Moran和他的研究小組多年來一直從事LINE-1和其他跳躍基因研究。Moran說，事實(shí)上，人類的每250個(gè)致病突變中就有一個(gè)是由LINE-1所引起。因此，“垃圾”這一名稱并不符合事實(shí)。

 

以其人之道，還治其人之身

 

除對抗可引起突變的LINE-1跳躍，APOBEC酶還可對抗某些病毒。事實(shí)上，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)這些酶是在觀察人類細(xì)胞如何對抗HIV感染時(shí)。

 

就像HIV一樣，LINE-1通過生成遺傳序列RNA拷貝散布至我們整個(gè)的DNA。隨后，RNA被轉(zhuǎn)而復(fù)制為新的LINE 1拷貝，插入到我們DNA中的新位點(diǎn)——這一過程就稱作為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座作用。

 

在這篇新論文中，研究人員證實(shí)LINE-1具有一個(gè)重要的弱點(diǎn)。當(dāng)新的DNA拷貝脫離RNA時(shí)，APOBEC3A分子可附著其上，改變DNA序列中的一些堿基對。具體說來，它將堿基“C”轉(zhuǎn)變?yōu)榱藟A基“U”。這些U堿基觸動(dòng)了細(xì)胞的一種清理機(jī)制起作用，清除這一新的流氓DNA拷貝。

 

換句話說，是APOBEC3A通過自身引起新LINE-1拷貝發(fā)生突變，來搶先阻止了LINE-1跳躍造成的潛在突變。但APOBEC3A也可在我們DNA的其余部分造成突變危險(xiǎn)——這意味著我們的細(xì)胞必須在一種強(qiáng)有力的防御和友軍誤傷危險(xiǎn)之間找到一種平衡。

 

Moran推測，這種細(xì)胞內(nèi)“免疫”有可能從地球上出現(xiàn)生命起就普遍存在。LINE-1包含有一種叫做逆轉(zhuǎn)錄酶的分子的密碼，當(dāng)高等生命形式開始進(jìn)化，不再利用不太穩(wěn)定的RNA而轉(zhuǎn)而利用DNA來攜帶遺傳信息時(shí)這種分子起著至關(guān)重要的作用。