内源性逆转录病毒元件通过劫持上游调控序列实现体细胞表达与转座的新机制

本研究揭示了果蝇肠道组织中rover-LTR/ERV内源性逆转录病毒通过利用其基因组上游调控序列实现体细胞特异性表达和转座的创新机制。研究人员通过长读长DNA测序技术鉴定出活跃转座的rover-2R:14M供体位点，发现其表达依赖于基因组环境而非内部序列变异，并证实蜗牛型转录因子Escargot(Esg)通过上游序列调控该位点活性。该成果发表于《Nucleic Acids Research》，为理解逆转录元件体细胞活性的调控提供了新范式。

　　

在真核生物基因组中，逆转录转座子如同沉睡的巨人，占据着基因组的巨大篇幅却大多保持沉默。这些通过"复制-粘贴"机制增殖的DNA序列，虽然对基因组进化和调控网络塑造具有重要贡献，但其在体细胞中的激活机制却长期成谜。特别令人困惑的是，为何某些逆转录元件能在特定组织中逃脱沉默机制，产生功能性转录本并保持转座能力？这个问题的答案不仅关乎基础生物学认知，更与衰老、癌症等过程密切相关。

法国居里研究所等机构的研究团队以果蝇肠道为模型，通过创新性的长读长测序技术揭示了这一谜题的关键部分。研究发现rover-LTR/ERV家族中特定成员rover-2R:14M在肠道组织中异常活跃，其转座事件占所有体细胞转座事件的68%。令人惊讶的是，这种组织特异性活性并非源于该元件自身的序列特征，而是由其插入位点的基因组环境所决定。

研究采用了多项关键技术：1) 牛津纳米孔测序(ONT)全面鉴定体细胞转座事件；2) 构建rover-5'UTR及其上游序列驱动的lacZ/luciferase报告系统；3) 整合染色质可及性(ATAC-seq)和转录因子结合(ChIP-seq)数据分析；4) 肠道干细胞特异性基因敲除系统。

基因组转座元件全景图谱
通过ONT测序构建了ProsGFP果蝇品系的全基因组转座元件图谱，发现62%的全长转座元件在参考基因组中不存在。与参考基因组中富集在异染色质区的转座元件不同，非参考转座元件均匀分布在各染色体臂上。体细胞转座事件主要来自三个逆转录转座子家族：rover(684例)、copia(140例)和springer(80例)，其中96%发生在肠道组织。

衰老与转座活性的关系
尽管衰老伴随部分转座元件转录水平变化，但体细胞转座事件数量在各年龄段(5-60天)无显著差异，提示衰老并非触发转座的主要因素。

活跃rover供体位点的鉴定
通过序列变异分析锁定rover-2R:14M为主要的体细胞转座供体。该位点位于PRAS40基因内含子中，其转录不干扰宿主基因表达。RNA-seq和ONT cDNA测序证实这是肠道中唯一活跃表达的rover位点，且不受siRNA通路调控。

染色质环境决定转座活性
表观基因组分析显示，活跃的rover-2R:14M位于富含PolII和Brm结合的开放染色质区域，而沉默的rover位点则与异染色质标记(HP1、H1)相关。ATAC-seq证实其上游序列具有最高染色质可及性。

上游基因组序列驱动表达
报告基因实验证明，rover-2R:14M的5'UTR单独不能驱动表达，但加入2kb或5kb上游序列后，可在肠道干细胞(ISCs)和肠母细胞(EBs)中激活表达。5kb序列还能驱动终末分化的肠细胞(ECs)表达，但不影响内分泌细胞(EEs)。

Esg转录因子的调控作用
在体实验显示，肠道干细胞中敲低Esg显著降低报告基因表达。体外实验进一步证实，Esg通过上游序列特异性激活rover报告系统，2kb序列即可介导这种激活效应。

这项研究颠覆了对逆转录元件调控的传统认知，证明基因组环境可超越转座元件自身序列的决定性作用。发现转座元件能"劫持"宿主基因组调控元件实现组织特异性表达，为理解转座元件在发育和进化中的作用提供了新视角。同时，鉴定出的rover-2R:14M成为研究体细胞转座的理想模型，其调控机制可能保守存在于其他物种。该成果对认识转座元件在组织稳态维持、衰老和肿瘤发生中的潜在作用具有重要启示。