Science颠覆40年认知，揭示遗传密码的双重含义

　　

生物通报道  科学家们发现了一个隐藏于DNA中的第二重密码。这一第二重密码所包含的信息，将改变科学家们读取DNA中的指令及注释突变来了解健康和疾病的方式。

领导这一研究小组的是华盛顿大学基因组科学和医学副教授John Stamatoyannopoulos博士，研究结果发表在12月13日的《科学》（Science）杂志上。

这一研究是DNA元件百科全书计划（ENCODE）的一个组成部分。美国国家人类基因组研究所为这一多年国际研究工作提供资金。ENCODE旨在发现生物功能指令所在的位置及存储在人类基因组中的方式。

自20世纪60年代破译遗传密码以来，科学家们一直认为它专门用来记录关于蛋白质的信息。华盛顿大学的科学家们惊讶地发现，基因组利用了遗传密码来写下两种独立的语言。一种描述了如何生成蛋白质，另一种指导细胞如何控制基因。一种语言被书写在另一种语言之上，这就是第二种语言这么长时间以来被隐藏的原因。

Stamatoyannopoulos说：“40多年来我们一直认为影响遗传密码的DNA改变只是影响了蛋白质生成。现在我们知道了，这一关于人类基因组读取的基本假说漏掉了一半的图像。新的研究结果强调了，DNA是一种令人难以置信的强大信息储存器，自然以一些意想不到的方式充分地利用了它。”

遗传密码利用了称之为密码子的64个碱基字母表。华盛顿大学研究小组发现，一些他们称之为duons的密码子，具有两重含义，一种与蛋白质序列相关，另一种与基因控制相关。这两重含义似乎已演变为彼此相互呼应。这些基因控制指令似乎帮助稳定了蛋白质的某些有利特征以及它们的生成方式。

发现duons将大大地影响科学家们和医生们注释患者基因组的方式，为疾病的诊断和治疗开启了新的大门。

“事实就是，这一遗传密码可以同时记录两种信息，这一意味着许多似乎改变蛋白质序列的DNA改变，有可能实际上通过破坏基因的控制程序，或是同时破坏两种机制来引发了疾病，”Stamatoyannopoulos说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Exonic Transcription Factor Binding Directs Codon Choice and Affects Protein Evolution

Genomes contain both a genetic code specifying amino acids and a regulatory code specifying transcription factor (TF) recognition sequences. We used genomic deoxyribonuclease I footprinting to map nucleotide resolution TF occupancy across the human exome in 81 diverse cell types. We found that ~15% of human codons are dual-use codons (“duons”) that simultaneously specify both amino acids and TF recognition sites. Duons are highly conserved and have shaped protein evolution, and TF-imposed constraint appears to be a major driver of codon usage bias. Conversely, the regulatory code has been selectively depleted of TFs that recognize stop codons. More than 17% of single-nucleotide variants within duons directly alter TF binding. Pervasive dual encoding of amino acid and regulatory information appears to be a fundamental feature of genome evolution.