[转载]“垃圾DNA”不垃圾

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人类基因组计划的后续、DNA元件百科全书(ENCODE)数据库计划历时9年终成,这也许是本世纪迄今最重大的生物学和医学成果。其中最重大的发现是:垃圾 DNA 不垃圾。该研究有望改写我们理解人类基因组、治疗遗传相关疾病的方式。


历时 9 年,在全世界 32 个实验室的 442 名研究人员的努力下,“DNA 元件百科全书”数据库计划( Encyclopedia of DNA Elements ,ENCODE)终于用 30 篇论文发表了 他们的结果 ,这也许是本世纪迄今为止最重大的生物学和医学成果。其中,最为核心的发现是:垃圾 DNA 不垃圾。该研究有望改写我们理解人类基因组、治疗遗传相关疾病的方式。如果说在此之前的人类基因组计划只是一张航拍照片,那么此项研究则呈现出了基因组的 Google 地图。

过去人们认为,人类基因组中 90% 以上的序列是没有任何作用的“垃圾DNA”,但 ENCODE 的结果显示,人类基因组 80% 的成分有至少一种生化功能。很多过去被认为并非基因的成分,实际上或者可以转录为 RNA,或者作为转录因子结合位点,或者是 DNA 化学修饰的靶点,以多种形式对真正基因的表达起到了关键的调节作用。基因和非基因的界限正在逐渐模糊。

ENCODE 还让人们重新认识了 RNA 的作用。过去曾经认为 RNA 主要作用只是蛋白质合成的中间产物,但 ENCODE 发现大部分 RNA 本身就是终产物,有重要生理功能,不会再翻译成蛋白质。

此外,ENCODE 对表观遗传学、基因相互作用、遗传变异的特征以及人类演化过程等等领域都会产生重大影响,对于理解和治愈众多遗传相关的人类疾病更是至关重要。

MIT 和哈佛联合设立的博德研究所主席 埃里克·兰德 (Eric Lander)将之比喻成 “人类基因组的 Google 地图”。他说,之前的人类基因组计划如同卫星照片,不能告诉你哪里是道路,哪条路一天内的交通情况变化如何,哪里是城市,哪里是医院,哪里有好餐馆。而 ENCODE 计划则能够将这一切都标注在人类的基因组上。

这些研究以 6 篇《自然》论文、18 篇《基因组研究》(Genome Research)论文和 6 篇《基因组生物学》(Genome Biology)论文的形式面世。《科学》也在线发表了两篇文章。《生物化学杂志》(The Journal of Biological Chemistry)还有 6 篇评论文章待发。计划的领导者之一马克·格斯坦(Mark B. Gerstein)博士说,这简直是“一支论文舰队”。

“垃圾DNA”不垃圾——重新认知垃圾 DNA

一大群科学家通过研究发现,占据了人类基因组一大块的所谓的“垃圾DNA”,远比我们之前想得要有用。(图片:Encode,via The New York Times)

一大群科学家通过研究发现,占据了人类基因组一大块的所谓的“垃圾DNA”,远比我们之前想得要有用。(图片:Encode,via The New York Times)

  • 基因 每一个人类细胞都包含着卷成紧密小团的 DNA,在拉开之后能达到 10 英尺长(大约 3米)。但其中只有很少一部分会编码基因,来控制眼睛颜色、血型等等遗传性状。
  • 垃圾DNA 在基因周围、基因之间,有很多看起来啥也不做的 DNA,它们被称作 “垃圾DNA”。但现在,研究者认为垃圾 DNA 中含有大量微小的基因开关,控制着基因在细胞中的功能。
  • 调控 许多基因调控子似乎都处于一个复杂而冗余的层级结构当中。这个网络调控着细胞、组织和器官的活动,而科学家现在才刚刚开始对它进行描绘和理解。
  • 疾病 基因开关的出错或突变可以扰乱这个网络,导致一系列疾病。这些新发现会激励进一步的研究,催生新的药物以及治疗方式的出现。
编译自:
Science,Human Genome Is Much More Than Just Genes
The New York Times,Bits of Mystery DNA, Far From ‘Junk,’ Play Crucial Role
Nature,Presenting ENCODE
文章题图: VLADGRIN/SHUTTERSTOCK,via nature.com
内文图片: The New York Times,Rethinking ‘Junk’ DNA

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