人类仍在进化!力量来自基因组中的微基因

【字体: 时间:2023年01月06日 来源:Cell Reports

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  一项研究揭示了自我们与哺乳动物祖先分离以来,人类基因组中进化出的微基因。

  

根据12月20日发表在《Cell Reports》上的一项研究,人类仍在进化新的基因。研究人员报告说,随着我们的血统进化,至少有155个人类基因从以前被认为是“垃圾”的DNA区域中涌现出来,其中包括大约400万至600万年前人类从黑猩猩中分离出来的两个人类特有的基因。

“我认为这是一项伟大的研究,”Salk研究所的生物学家Alan Saghatelian说,他没有参与这项工作。他补充说,如果有更多这样的基因隐藏在显而易见的地方,他“不会感到惊讶”。

这项新研究中描述的基因之所以长时间未被发现,是因为它们很小:它们的长度最多只有300个核苷酸,而一个典型的人类基因平均有10到15,000个碱基对。Saghatelian解释说,尽管它们拥有开始和停止密码子,可以像传统基因一样被细胞的转录机制读取,但这些所谓的微基因——有时被称为短开放阅读框架(sORFs )——长期以来一直被认为是没有功能的。

但最近的研究发现,敲除sORFs 会阻碍细胞生长,这表明它们毕竟很重要。例如,2020年的一项研究在人类细胞中发现了数百种功能性sORFs ,无论是在基因组的编码区还是非编码区。希腊瓦里亚历山大弗莱明生物医学科学研究中心的计算进化生物学家Nikolaos Vakirlis对这个数字很感兴趣,他和他的同事们觉得有必要进一步研究这些基因上的奇怪现象,并推出了最新发表的研究。Vakirlis说:“我们到处都能发现特定物种的基因。所以它们的起源必须有一条进化路线。

利用2020年研究的数据,研究小组扫描了人类和脊椎动物的基因组,寻找产生蛋白质的功能性sORFs 。然后,利用已知的人类和脊椎动物系统发育信息,他们预测了在进化史上出现新的微基因时估计的sORFs 之间的进化关系。

通过这一过程,研究小组确定了所有脊椎动物共有的155个微基因。根据之前研究的数据,其中44种对细胞生长至关重要。其中三种具有与肌肉萎缩症、色素性视网膜炎和Alazami综合征等疾病相关的疾病标志物。研究小组还发现了一种与人类心脏组织有关的微基因,这种基因在大约700万到900万年前黑猩猩和人类从大猩猩中分离出来后突然出现。

有趣的是,Vakirlis和他的同事们发现这些新基因是从DNA的非编码区域产生的,而不是通过突变或复制现有的基因。虽然基因复制被认为是所有物种新基因的主要来源,但微基因的出现可能解释了人类如何发展出一些独特的人类特征,以及其他动物如何获得独特的物种特异性表型。

Dana Farber癌症研究所的医生、Broad研究所的博士后研究员John Prensner没有参与这项研究,他在电子邮件中说:“这项研究真的很重要。”他解释说,科学家们已经知道sORFs 和其他非规范的开放阅读框架有一段时间了,但还没有确定它们可能做什么。他解释说,即使在今天,微基因也是一种潜在的进化途径。它们编码“原始蛋白质”,或生物体开始尝试的小蛋白质。这些蛋白质可能无处可去,随着时间的推移会从基因组中消失,但也可能具有有用的功能,最终在基因组中固定下来。

Vakirlis说,“可能有更多的”sORFs 等待发现,也许更多的sORFs 与疾病有关。他指出:“这些只是在两种细胞系上进行的实验。”随着在其他细胞系上进行更多的实验,研究人员可能会发现大量与健康相关的信息,“并开始思考我们是否可以将[sORFs ]靶向于治疗目的。”


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