《Cell》探讨“垃圾”DNA的新功能

　　

生物通报道 美国国立卫生研究院下属国家关节肌肉骨骼及皮肤病研究所（NIAMS）的科学家们在新研究中证实，过去被认为是“垃圾”的DNA在免疫系统反应中发挥了关键性的作用。研究结果发表在近期的《细胞》（Cell）杂志上，有可能促成发现治疗免疫相关疾病的新靶点。

人类基因组中有32亿DNA碱基对，但只有2%的区域能够编码蛋白质。其他的大量冗余DNA，和基因一样都是遗传材料，但却不能编码用于建造动物身体、加速细胞内化学反应的蛋白质。到目前为止，这些基因组DNA的功能大多未知且遭到忽视。

采用全基因组DNA测序技术，美国国立卫生研究院的研究人员对基因组DNA进行了检测，以确定哪部分积极参与支持了各种细胞功能。研究人员发现信号传导及转录激活因子（STAT）蛋白家族成员在形成免疫系统辅助性T细胞（T helper cell）特性中发挥主要作用。重要的是，当研究“垃圾”DNA的影响时，他们看到STAT蛋白对于增强子活性的调控有可能导致了比预期更大的作用。增强子是基因外部的短DNA区域，它对基因转录起调控作用。尽管增强子并不能直接编码蛋白质，但它们却调控了蛋白质的生成过程。

这项工作为我们提供了一个细胞环境如何帮助决定细胞特性。具体来说，研究小组证实STAT蛋白充当了环境传感器，通过调控基因组“垃圾”区域中的增强子，决定了T细胞成为何种亚型。这一工作应该有助于阐明这些开关可能与免疫疾病遗传风险相关的机制。

1972年，已故遗传学家大野乾(Susumu Ohno)发明了“垃圾DNA”这个术语，用以表述所有不能编码蛋白质的DNA片段，其中大多数片段都是一些重复序列，随机散步在整个基因组上。以前大家都认为垃圾DNA可能没有什么功能，然而近年越来越多的研究表明它们并非百无一用。

不久前，《自然》（Nature）杂志同期发表了6篇论文，讲述垃圾DNA的故事（延伸阅读：十年努力，六篇Nature论文：讲述垃圾DNA的故事 ）。研究人员发现，许多人类基因组的非编码部分包含蛋白可以绑定的区域，这将会影响附近和远处的基因表达。一些没有翻译成蛋白的非编码区转录成了RNA分子。还有一些影响了DNA折叠和包装的方式。对此研究人员表示我们真的没有任何多余的大区域DNA。“垃圾”的比喻并不恰当。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

STATs Shape the Active Enhancer Landscape of T Cell Populations

Signaling pathways are intimately involved in cellular differentiation, allowing cells to respond to their environment by regulating gene expression. Although enhancers are recognized as key elements that regulate selective gene expression, the interplay between signaling pathways and actively used enhancer elements is not clear. Here, we use CD4+ T cells as a model of differentiation, mapping the activity of cell-type-specific enhancer elements in T helper 1 (Th1) and Th2 cells. Our data establish that STAT proteins have a major impact on the activation of lineage-specific enhancers and the suppression of enhancers associated with alternative cell fates. Transcriptome analysis further supports a functional role for enhancers regulated by STATs. Importantly, expression of lineage-defining master regulators in STAT-deficient cells fails to fully recover the chromatin signature of STAT-dependent enhancers. Thus, these findings point to a critical role of STATs as environmental sensors in dynamically molding the specialized enhancer architecture of differentiating cells.