诺贝尔奖得主Cell揭示重要的“垃圾”DNA

　　

生物通报道  来自斯坦福大学、犹他大学和清华大学等处的研究人员，发现了一类丰富的非编码DNA可以防止线虫生殖细胞中随机的基因沉默。他们的研究论文发布在6月30日的《细胞》（Cell）杂志上。

美国著名遗传学和分子生物学家、2006年诺贝尔生理学或医学奖得主、斯坦福大学的Andrew Z Fire教授，以及犹他大学的Erik M. Jorgensen博士是这篇论文的共同通讯作者。

联川生物为研究人员提供从非编码RNA发现到表达谱分析的一站式解决方案

1998年Fire博士和马萨诸塞大学癌症中心的Craig Mello 首次将双链dsRNA 注入线虫，结果诱发了比正义链和反义链的单独注射都要强的基因沉默。他们将这种现象称为RNA干扰作用（RNAi）。在随后的短短一年中，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中，对于动植物抵抗外源病毒、生长发育调控方面起着重要的作用，至此掀起了广泛开展RNAi研究的热潮。

2006年，Fire领导研究人员开发了一种能帮助观测体内细胞质中蛋白和蛋白相互作用的分析方法：differential cytolocalization assay（DCLA），这一方法已证实可以检测线虫RNA干扰和无意义介导衰变(nonsense-mediated decay，NMD) 途径过程中蛋白的相互作用。这一研究成果公布在《分子细胞蛋白质组学》（Molecular & Cellular Proteomics，MCP）杂志上（诺贝尔奖得主最新发表RNAi新方法（免费下载））。

2011年，斯坦福大学的Fire课题组揭示了一种关键的RNA修饰酶ADAR与RNAi通路互作的分子机制，对深入地了解RNAi在生理及病理过程的作用和分子机制具有重要的意义。这一研究成果发表在Nature Structural & Molecular Biology杂志上（诺奖得主Nature子刊：RNAi研究新成果）。

2012年，Fire领导斯坦福大学医学院的研究人员解析了RNAi对染色质的影响效应及作用机制，这一研究成果发表在国际知名学术期刊Nature genetics杂志上（诺奖得主Nature子刊：RNAi研究新成果）。

2016年，Fire与德克萨斯大学奥斯汀分校细胞与分子生物学研究所所长lan Lambowitz合作发现，细菌具有一个可以识别及破坏危险病毒的系统，其利用了涉及核糖核酸（RNA）的一种新机制。它与捕获外源DNA的CRISPR/Cas系统非常相似。这一研究发现有可能促成一些更好的方法来阻止杀死农作物及阻碍奶酪和酸奶等乳制品生成的病毒。这项研究发布在2月25日的Science杂志上（诺奖得主Science重大发现：新型CRISPR系统 ）。

在这篇新Cell文章中，作者们指出源自病毒、逆转录转座子和DNA转座子的侵入性DNA给生物体构成了重大的挑战。转座子失控性的复制将会损害宿主的基因组，因此一些细胞防御机制进化出来检测和沉默外源DNA。这些机制在生殖细胞中尤为发展完善。然而细胞在从沉默外源遗传元件中受益的同时，但也必须避免失活内源性基因。

在新研究中，研究人员揭示出了普遍存在于秀丽隐杆线虫中的一种非编码DNA结构：10bp的PATCs（periodic An/Tn-clusters），它给转基因发放了许可证在生殖细胞的抑制染色质结构域内表达。在生殖细胞中包含天然或合成PATCs的转基因抵制位置效应花斑（position effect variegation）现象和随机沉默。研究人员发现在一些内源性基因中，随着直系同源物在进化过程中从活化染色质迁移到抑制染色质处，内含子的长度和PATC特征经历了显著的改变。最后，他们提出PATCs构成了细胞免疫系统的基础，无需事先接触的细胞记忆，当外源DNA受到抑制时在异染色质环境中它们确定了某些内源性基因享有特权免于基因沉默。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

An Abundant Class of Non-coding DNA Can Prevent Stochastic Gene Silencing in the C. elegans Germline

Cells benefit from silencing foreign genetic elements but must simultaneously avoid inactivating endogenous genes. Although chromatin modifications and RNAs contribute to maintenance of silenced states, the establishment of silenced regions will inevitably reflect underlying DNA sequence and/or structure. Here, we demonstrate that a pervasive non-coding DNA feature in Caenorhabditis elegans, characterized by 10-base pair periodic An/Tn-clusters (PATCs), can license transgenes for germline expression within repressive chromatin domains. Transgenes containing natural or synthetic PATCs are resistant to position effect variegation and stochastic silencing in the germline. Among endogenous genes, intron length and PATC-character undergo dramatic changes as orthologs move from active to repressive chromatin over evolutionary time, indicating a dynamic character to the An/Tn periodicity. We propose that PATCs form the basis of a cellular immune system, identifying certain endogenous genes in heterochromatic contexts as privileged while foreign DNA can be suppressed with no requirement for a cellular memory of prior exposure.