Cell:细胞的“走私”路线或能保护DNA,免受 “寄生虫”的侵害
2019/08/14
细胞的分子安全机制竟然故意放水,“走私”细胞核内的遗传信息分子。

我们的细胞具有安全机制,可以控制遗传寄生虫(如病毒和转座子),同时宿主细胞的重要基因可以保持活跃。近日,奥地利科学院分子生物技术研究所Julius Brennecke和Peter Refsing Andersen的研究小组在《Cell》杂志上发表论文称:在保卫DNA完整遗传的战役中,细胞安全机制完美上演了一出“宫心计”。研究发现,细胞的分子安全机制竟然故意放水,“走私”细胞核内的遗传信息分子。而这些遗传分子可以识别并抑制转座子。


DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.007

自私的遗传“寄生虫”

我们的DNA就像是一本有三十亿字母的生命词典。但其中只有5%的已知基因,并附有指导蛋白质生成的说明。超过一半的遗传物质是来源于自我遗传因素,如转座子,分布在植物、真菌和动物的基因组中。

其中,转座子可以从一个基因组位置“跳跃”到另一个基因组位置。一方面,转座子保证了遗传多样性,从而促进有机体更好地适应环境;另一方面不受控制的转座子活动会导致广泛的DNA损伤和突变,这会导致疾病或细胞死亡。

那么生物有机体是怎样抑制有害基因组的入侵,保证DNA完整地传递给下一代的呢?

没有通行证的偷渡者

研究人员将目光聚焦在基于RNA的小型基因组免疫系统上,该系统能够抑制动物的转座子活性。这其中的关键因素便在于控制微小核糖核酸(piRNA)。piRNA由较长的RNA加工而成,这些RNA必须离开细胞核前往周边细胞质中的piRNA生产地。


在分子基因的世界中也需要通行证。细胞核拥有质量控制系统充当把关人,它会根据相关标准决定是否放行RNA。由于piRNA前体缺乏离开细胞核的分子特征。理论上,这些piRNA前体应该被锁定在细胞核内。但piRNA前体是如何通过细胞安全性检查系统成功偷渡到细胞质中的?


主要研究者Julius Brennecke

研究人员发现,piRNA的偷渡成功是因为有了一种名为Nxf3的蛋白质帮助。它来自与Nxf1相同的蛋白质家族,负责正常的RNA输出。但是Nxf3已经“叛变”扮演了一个全新的角色——Nxf3蛋白开辟了新的RNA运输通路,从而“走私”了piRNA前体,将长RNA分子直接输送到piRNA的产生区

这是第一次证明RNA输出蛋白的功能与其原始功能不同。这项研究不仅揭示了动物基因组如何抵御DNA寄生虫的新见解,它还展示了细胞如何分类、空间分布和组织遗传信息。


显微镜下的果蝇,其中走私路线中心的蛋白质(Nxf3)以红色显示

主要研究者Peter Refsing Andersen表示:“虽然这一重大的发现暂时无法克服技术障碍在人体中进行试验,但是在果蝇模型中已经得到了很好地验证。该研究构建的理解框架将与近年来接收到的海量遗传信息相结合。未来,这一研究成果可以帮助将数十亿的序列转化为有意义的生物信息,从长远来看可以使人们受益。”

参考资料:

[1] Smuggling route for cells protects DNA from parasites

[2] Upcycling of proteins protects DNA from parasites

[3] Genomparasiten und ihre Rolle in der Evolution des Allerkleinsten


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