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研究人員開發了新技術研究跳躍基因如何引發疾病,推動進化?


研究人員開發了新技術來跟蹤跳躍基因。他們發現,在一個特定的卵子發育期間,一組稱為反轉錄轉座子的跳躍基因劫持了稱為護士細胞的特殊細胞,這些細胞培育了正在發育的卵子。這些跳躍基因利用護士細胞產生侵入性物質(自身的複製品稱為病毒樣顆粒),這些物質會移動到附近的卵子中,然後動員到卵子的DNA中,驅動進化並引發疾病。

我們DNA序列的大部分都是由跳躍基因組成 - 也稱為轉座子。它們在發育精子和卵細胞的基因組周圍跳躍,對進化很重要。但是,他們的動員還會導致導致疾病的新突變,如血友病和癌症。值得注意的是,他們在發育生殖細胞時的運動發生的時間和地點知之甚少,這是確保它們在後代繁殖的關鍵過程,但可能導致宿主的遺傳障礙。

為了解決這個問題,卡內基研究小組*開發了新的技術來跟蹤跳躍基因的動員。他們發現,在一個特定的卵子發育期間,一組稱為反轉錄轉座子的跳躍基因劫持了稱為護士細胞的特殊細胞,這些細胞培育了正在發育的卵子。這些跳躍基因使用護士細胞產生侵入性物質(自身的拷貝稱為病毒樣顆粒),這些物質會移動到附近的卵子中,然後動員到卵子的DNA中。該研究發表在7月26日的Cell在線期刊上。

動物不知不覺地開發了一種強大的系統來抑製基因活動的跳躍,這種基因活動使用稱為piRNA的小的非編碼RNA,它識別跳躍基因並抑製其活性。偶爾,跳躍的基因仍然可以移動,這表明它們採用了一些特殊的策略來逃避piRNA的控制。然而,追蹤跳躍基因的動員以了解他們的戰術是一項艱巨的任務。

卡內基團隊開發了使用果蠅Drosophila melanogaster跟蹤跳躍基因運動的方法。為了促進他們的研究,他們破壞了piRNA抑製以增加這些跳躍基因的活性,然後在卵子發育過程中監測它們的運動。這導致他們發現了允許跳躍基因移動的策略。

Carnegie的共同作者趙璋解釋說:「我們非常驚訝這些跳躍的基因幾乎不會產生乾細胞,這些乾細胞會產生髮育中的卵細胞,這可能是因為乾細胞只有兩個基因組拷貝可供這些跳躍基因使用。這些移動元素使用支持護士細胞,每個細胞可提供多達數千個基因組拷貝,作為大規模製造能夠整合的病毒樣顆粒的工廠。但是,它們沒有整合到生產它們的護士細胞中相反,他們在被運送到相互連接的卵細胞時等待,然後將數百個(如果不是數千個)新的自身拷貝添加到卵DNA中。我們的研究表明,寄生遺傳因素如何能夠對其活動進行計時,並區分不同的細胞類型,以便有力地傳播以推動進化變化並引發疾病。「

「我的研究小組發現,哺乳動物的卵子發育使用許多與果蠅相同的機制,例如使用護士細胞餵養發育中的卵子。因此,張集團的研究結果可能對於理解哺乳動物的進化和疾病也很重要。 「艾倫·斯普拉德林(Allan Spradling)評論說,他是研究果蠅和哺乳動物卵子發育的先驅研究員,也是卡內基胚胎學系的長期科學家。

「自從卡內基的Barbara McClintock在六十多年前發現跳躍基因的開創性貢獻以來,我們無法理解動物如何為下一代做準備。現在由我們的員工助理趙先生長官的初級研究小組張,在解決這個長期存在的難題方面邁出了重要的一步,「卡內基胚胎學系主任鄭義賢評論道。


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