Nature:重磅!科學家發現能夠“馴化”人類基因組的特殊蛋白

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圖片來源:www.phys.org

2017年3月10日 訊 /生物穀BIOON/ --近日,一項刊登在國際雜誌Nature上的研究報告中,來自洛桑聯邦理工大學的研究人員對一個龐大且神祕的人類蛋白質家族進行了一項基因組和進化研究,從而發現這些蛋白質或許能夠調節人類基因組中數百萬個轉座子元件,相關研究也揭示了一個大型的物種特異性基因調節網路,該基因調節網路或許會影響人類機體生物學機製、健康和疾病等。

人類基因組中包含有數百萬個來自於轉座子元件中的序列,這種轉座子遺傳單元能夠在機體基因組中不斷“跳躍”,長期以來研究人員都認為轉座子是基因組中的垃圾DNA,如今他們卻發現,轉座子能夠影響多個基因的表達,然而研究者並不清楚轉座子調節基因表達的範圍和程度;這項研究中,研究人員就首次對350個人類蛋白組成的蛋白家族進行了廣泛性的研究,結果發現,這些蛋白質能夠同轉座子之間建立一種複雜的相互作用機製從而創造出大型的人類特異性基因調節網路,同時研究者還追蹤了上述蛋白的進化歷時,這就為遺傳學和藥物開發等相關領域的研究提供了一種新的視野。

研究者Didier Trono表示,KZFPs是KRAB包含的鋅指蛋白,此前我們發現能夠作為KZFPs輔因子的蛋白能夠參與到胚胎發育過程中轉座子沉默的過程中去,如今通過對人類機體中KZFPs蛋白進行廣泛性分析研究者重新追蹤了該蛋白的進化歷時並且鑑別出了其基因組靶點。同時研究者還結合系統發育學方法來研究有機體的基因組如何決定其生物學機製,通過對203個脊椎動物的基因組進行對比,研究者首次將KZFPs蛋白的起源鎖定到了四足動物和空棘魚的共同祖先,空棘魚是一種從4億年前進化而來的魚類,KZFP轉化元件系統的進化保守性或許就提示其具有一定的研究意義。

隨後研究人員對大多數人類KZFPs蛋白的基因組靶點進行了圖譜繪製,鑑別出了能夠識別轉座子元件的蛋白部分,研究者Trono說道,大部分的KZFPs都能夠同轉座子元件中的特殊基序結合,對於每一個KZFP而言,我們都會分配一個轉座子元件亞型,同時我們還發現,一種轉座子元件通常會同多個KZFPs蛋白相結合,而這就是一種高度組合性及多樣性的系統。

研究者發現,KZFPs蛋白還能夠在一種精巧的調節性調節平臺中轉換轉座子元件,從而來影響基因的表達,而這似乎會在所有人類組織發育的所有階段發生。當在4.2億年前出現後,KZFPs就會以一種譜系特異性的方式快速進化,而其同轉座子元件在宿主基因組中的蔓延似乎是同步的,這種同步近乎就會塑造人類基因調節網路。

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Trono指出,KZFPs蛋白會促進人類生物學機製變得非常特殊,加上其在基因組中的靶點,KZFPs似乎會影響到人類生理學和病理學發病過程中的每一個單一事件,本文研究或許能夠幫助研究人員鑑別出當前動物模型中的一些可能性缺點,而且還能夠幫助構建出闡明人類機體基因發揮作用機製的精細化圖譜。

最後研究者表示,本文研究闡明瞭人類機體基因調節的特異性維度特性,對於後期研究人類機體發育和生理學機製提供了新的研究線索,同時也給研究人員帶來了巨大財富幫其闡明人類機體系統的感染如何引發諸如癌症等疾病的發生。(生物穀Bioon.com)

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原始出處:

Michaël Imbeault,Pierre-Yves Helleboid,Didier Trono. KRAB zinc-finger proteins contribute to the evolution of gene regulatory networks.Nature, 08 March 2017, doi:10.1038/nature21683

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