來自北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在一項新研究中闡明了我們的每個基因中，所謂的“垃圾”DNA（又稱暗物質(zhì)）執(zhí)行的一種重要的調(diào)控功能,。新研究揭示：包含在暗物質(zhì)中的片段信息有可能改變了基因的組裝方式,。
研究的資深作者、北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)助理教授,、Lineberger綜合癌癥中心成員王澤峰（Zefeng Wang,，音譯）博士說：“這些小的遺傳信息序列告訴基因如何剪接，或是提高或是抑制剪接過程,。本研究為解析基因暗物質(zhì)開啟了大門,。它有助于我們更深入地了解突變或多態(tài)性影響基因功能的機制。”
這一研究發(fā)布在2013年1月的《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志上,。
剪接的過程，或許可與電影行業(yè)的剪片過程相比,，一些電影膠片片段被拼接到一起,，另外一些則最終被棄之在剪輯室的地板上。
從DNA的角度來看,，并非每個人類基因中的所有DNA片段都負(fù)責(zé)編碼功能蛋白質(zhì),；只有10%的，稱作“外顯子”的編碼區(qū)域DNA才具有此功能,。其余90%的填補中間區(qū)域的遺傳材料是稱之為“內(nèi)含子”的暗物質(zhì),。
在信使RNA(mRNA)的最終加工過程中，有一些不可思議的事情發(fā)生于內(nèi)含子,。只有特異的外顯子有可能被納入到基因最終生成的mRNA中,，而內(nèi)含子會被切除并遭到破壞。
因此不難理解,，為何外顯子會吸引更多的科學(xué)關(guān)注,。王澤峰說：“當(dāng)人們在探究某種疾病的遺傳學(xué)之時，大部分的時間他們都在尋找編碼序列的改變,。然而90%的序列都隱藏在基因的內(nèi)含子中,。因此，當(dāng)你研究引起疾病的基因變異或是多態(tài)性時，你只能注解外顯子中的部分,。而其他的大部分由于存在于內(nèi)含子中,，則仍然難以獲得解釋。”
在完成基因組測序計劃后,，研究人員隨后開展的DNA和RNA測序揭示：90%的人類基因存在的剪接變異體均不止一個,。在信使RNA加工過程中，大部分的人類基因被剪切和黏貼成了不同的功能性亞型,。
在這一稱之為選擇性剪切的過程中,，單個基因可以編碼生成具有不同生物學(xué)功能的多種蛋白。通過這種選擇性剪接方式,，人類基因組支配合成的蛋白質(zhì)數(shù)量,，遠(yuǎn)比2萬種蛋白質(zhì)編碼基因預(yù)計生成的蛋白質(zhì)數(shù)量要多得多。
王澤峰說：“這些不同的版本有時是以不同或是相反的方式發(fā)揮功能,。這是一個受到嚴(yán)格調(diào)控的過程,，基因錯誤剪切或黏貼導(dǎo)致的剪接‘錯誤調(diào)控’可引起大量的人類疾病。”
在新研究中,，王澤峰的研究同事發(fā)現(xiàn)了一些“內(nèi)含子剪接調(diào)控元件”,，并證實這些新增的蛋白因子可以增強或是抑制剪接過程。
研究人員通過采用將一個內(nèi)含子插入到綠色熒光蛋白（GFP）“報告”基因中的方法獲得了研究發(fā)現(xiàn),。報告基因的這些內(nèi)含子攜帶著隨機DNA序列,。當(dāng)對報告基因進行篩查時，顯示綠光則表明內(nèi)含子部分發(fā)生了拼接,。
王澤峰解釋說：“默認(rèn)設(shè)置為黑暗,，因此只有剪切增強子或是沉默子才能讓它變綠。以這種無偏倚的方式,，我們可以找到成百上千抑制或增強剪接的序列,。”
研究的合作者們將包含GFP報告子的細(xì)胞庫集中到了一起。當(dāng)研究人員檢測內(nèi)含子試圖確定某一特異的遺傳信息片段的作用,，以及對于基因功能的影響時,，他們就可以參考這一增強子或沉默子剪接調(diào)控庫。
王澤峰說：“結(jié)果表明,，外顯子和內(nèi)含子中的序列元件都可以調(diào)控剪接過程,。我們將之稱為剪接代碼，這一信息會告訴細(xì)胞以哪種方式進行剪切?，F(xiàn)在我們可以聚焦內(nèi)含子中的這些不同的DNA序列,，看看它們是否真的影響了剪接，還是改變了外顯子的編碼方式,，由此影響了蛋白質(zhì)功能,。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nsmb.2459
PMC:
PMID:
A complex network of factors with overlapping affinities represses splicing through intronic elements
Yang Wang,1 Xinshu Xiao,2, 3 Jianming Zhang,2, 4 Rajarshi Choudhury,1 Alex Robertson,2 Kai Li,1 Meng Ma,1, 5 Christopher B Burge2 & Zefeng Wang1
To better understand splicing regulation, we used a cell-based screen to identify ten diverse motifs that inhibit splicing from introns. Motifs were validated in another human cell type and gene context, and their presence correlated with in vivo splicing changes. All motifs exhibited exonic splicing enhancer or silencer activity, and grouping these motifs according to their distributions yielded clusters with distinct patterns of context-dependent activity. Candidate regulatory factors associated with each motif were identified, to recover 24 known and new splicing regulators. Specific domains in selected factors were sufficient to confer intronic-splicing-silencer activity. Many factors bound multiple distinct motifs with similar affinity, and all motifs were recognized by multiple factors, which revealed a complex overlapping network of protein-RNA interactions. This arrangement enables individual cis elements to function differently in distinct cellular contexts, depending on the spectrum of regulatory factors present.
