許多組成我們基因組的DNA都能夠追溯到轉座元件/跳躍基因,，在哺乳動物體內閑置著大量的這種元件,。Johns Hopkins大學的研究人員在蝙蝠體內發(fā)現(xiàn)了一種新跳躍基因,，是首個在哺乳動物中依然具有活性的剪切-粘貼式跳躍基因,。這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在美國國家科學院院刊PNAS雜志的網(wǎng)站上，不僅為人們提供了研究進化的新方法,，也將有助于開發(fā)基因治療的新工具,。
“從細菌到人類，實際上自然界中的轉座元件幾乎無處不在,，” Johns Hopkins大學醫(yī)學院分子生物學和遺傳學系的Nancy Craig教授說,。“它們常常被看作是寄生蟲，不需要為宿主貢獻什么就可以復制自身并一代一代地傳承下去,。不過,，其實它們也具有很重要的作用，可以通過給基因組增加可變性來促進生物適應環(huán)境和進化,。”
跳躍基因能夠在基因組各處移動，有時甚至會插入到其他基因中,。有些跳躍基因復制自身并將拷貝插入基因組新位點,，HIV等逆轉錄病毒就由這類跳躍基因組成，能夠劫持宿主細胞以產(chǎn)生更多病毒顆粒。另一類跳躍基因被稱為剪切-粘貼型,，它們不進行拷貝,，而是將自己從基因組中剪切出來再跳躍到另一位置。Craig解釋道,，在哺乳動物基因組中,，大多數(shù)跳躍基因都是復制-粘貼型，而且大多都已經(jīng)無法再移動成為了“化石”,。盡管目前人們已在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了一些殘存的剪切-粘貼型跳躍基因,，但它們全都是不活躍的。
研究人員是在研究piggyBac基因時得到這一發(fā)現(xiàn)的,，piggyBac來自昆蟲是一種活躍的剪切-粘貼型跳躍基因,。這一基因能夠通過一種病毒從一個宿主轉移到另一個宿主。研究人員在包括蝙蝠在內的許多物種中尋找類似piggyBac的DNA序列,，他們發(fā)現(xiàn)蝙蝠基因組存在一種類似piggyBac的序列,，而且并未積累太多突變而失活。研究顯示,，蝙蝠基因組中到處分布著幾乎相同的該序列拷貝,，意味著這一序列最近還在跳躍，Craig將其命名為piggyBat,。研究人員發(fā)現(xiàn),，piggyBat可以在蝙蝠細胞、其他哺乳動物細胞和酵母中移動,，說明它的確是仍然活躍著的DNA元件,。
許多生物都進化出能減少跳躍基因移動的系統(tǒng)，Craig介紹道,。這樣的系統(tǒng)是免疫的一部分,，保護哺乳動物抵御逆轉錄病毒，并規(guī)避跳躍基因干擾重要基因帶來的風險,。
隨著時間推移,，這樣的保護性系統(tǒng)使絕大多數(shù)哺乳動物體內的跳躍基因失活。而這項研究中蝙蝠的跳躍基因是一個例外,，鑒于蝙蝠特別容易受到病毒感染,，研究人員認為抵御危險遺傳元件的系統(tǒng)在蝙蝠體內還未發(fā)展完全。他們指出piggyBat有助于研究哺乳動物體內活躍性跳躍基因的調控機制,。
這項研究不僅發(fā)現(xiàn)了新型的跳躍基因,，也幫助人們進一步了解了相應的保護性系統(tǒng)。研究人員希望能夠最終利用跳躍基因運送能夠治療疾病的基因,，實現(xiàn)更有靶向性,、更安全有效的基因治療,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1073/pnas.1217548110
PMC:
PMID:
Functional characterization of piggyBat from the bat Myotis lucifugus unveils an active mammalian DNA transposon
Rupak Mitraa,b,1,2, Xianghong Lia,b,1, Aurélie Kapustac, David Mayhewd, Robi D. Mitrad, Cédric Feschottec, and Nancy L. Craiga,b,3
A revelation of the genomic age has been the contributions of the mobile DNA segments called transposable elements to chromosome structure, function, and evolution in virtually all organisms. Substantial fractions of vertebrate genomes derive from transposable elements, being dominated by retroelements that move via RNA intermediates. Although many of these elements have been inactivated by mutation, several active retroelements remain. Vertebrate genomes also contain substantial quantities and a high diversity of cut-and-paste DNA transposons, but no active representative of this class has been identified in mammals. Here we show that a cut-and-paste element called piggyBat, which has recently invaded the genome of the little brown bat (Myotis lucifugus) and is a member of the piggyBac superfamily, is active in its native form in transposition assays in bat and human cultured cells, as well as in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Our study suggests that some DNA transposons are still actively shaping some mammalian genomes and reveals an unprecedented opportunity to study the mechanism, regulation, and genomic impact of cut-and-paste transposition in a natural mammalian host.
