别再叫它“垃圾”了——这个“跳跃”基因可能就是胚胎发育的关键

在你生命中的某个时刻，你还是个双细胞胚胎，正翻着跟头进行子宫“软着陆”。一项新的研究表明，能完成这个基础过程还要多亏了一种 DNA，而该 DNA 曾一度被诸多科学家当作“垃圾”。

康奈尔大学的 Cedric Feschotte 并未参与此项研究，但他表示：“这篇论文真是让人印象深刻”。

人体中成千上万的基因只占了其基因组的一小部分。在其中较为常见的是被称“跳跃基因”的DNA 序列——转座子。这是因为这种 DNA 序列可以将其自身的拷贝重新定位或导入基因组中的不同位置。我们大约有一半的 DNA 由转座子组成，研究人员一度认为它们是“寄生虫”基因组，虽然可以进行自我复制，但对“宿主”没有任何作用。

图丨双细胞阶段的胚胎需要一个不寻常的移动 DNA 序列来保持其发育

然而，现在，科学家们认为这些序列对生长发育至关重要。研究人员发现，大约 25% 可帮助开启或关闭基因的调控序列包含一些转座子，这意味着它们所提供的 DNA 已为我们所用。也就是说，通常情况下，转座子表现得像是个“不速之客”。例如，当一个转座子闯入基因组中的新位置时，它就像是找到了一个“宜居之所”，但是它也可能引起致癌的突变。

发育生物学家 Miguel Ramalho-Santos 及其同事想要确定在胚胎发育的过程中，转座子 LINE1（占人体 DNA 的 17%）是一无是处还是有所贡献。在复制过程中，LINE1 首先产生自己的 RNA 拷贝。随后，酶将该 RNA 转化回 DNA，插入基因组某处。“这种转座子令人迷惑不解"，Ramalho-Santos 说。因为这发生在胚胎发育的早期，这时候 DNA 的改变可能变为一场灾难。通常情况下，细胞会抑制转座子，但在胚胎早期，细胞则似乎放任其发展。“是细胞疯了吗？它们在玩火吗？还是有什么我们不知道的东西呢？”他问道。

图丨转座子（发光点）在这种双细胞小鼠胚胎中普遍存在

Ramalho-Santos 及其同事找到了一种缩短 LINE1 跳跃机制的方法，并将这个问题付诸试验。研究人员设计了阻断了其复制过程的小分子，将细胞中 LIN1 RNA 的量减少了 80%～90%。随后，科学家们测试了被束缚的 LINE1 在小鼠胚胎干细胞中的作用。虽然这些细胞分裂产生专门的体细胞，但它们仍需要产生更多的胚胎干细胞，以供继续发育。研究小组发现，去除 LINE1 的 RNA 显著降低了细胞的自身补充能力。

在自然的胚胎发育中，LINE1 还有另一个独立的功能。该团队在最新的《细胞》杂志中报道称，当 LINE1 RNA 缺乏时，小鼠胚胎将停滞在双细胞阶段。人类胚胎在着床于子宫壁之前，就已经到达了这一阶段。如果胚胎不能突破这个阶段，就不会发展为一个个体。

科学家报告称，尽管转座子因能插入基因组而闻名，但 LINE1 的胚胎作用与这种能力无关。相反，转座子的 RNA 与两种蛋白质结合，可使双细胞胚胎继续发育。

研究结果表明，LINE1 转座子在胚胎中也有好的一面，Ramalho-Santos 说：“它们不仅仅是自私的“寄生虫”，同时对于我们人体来说，它们是内源的。没有它们，也就没有我们。”Feschotte 说，通过协助宿主细胞，转座子也实现了其自私的目的。“看来这是发育的必由之路，人们无法摆脱。”

然而，一些研究人员也对这项研究结果持怀疑态度。约翰·霍普金斯大学巴尔的摩医学院的分子人类遗传学家 Haig Kazazian 指出，大约有 50 万份 LINE1 的拷贝遍布于我们的基因组，其中很多都在基因内。他说，技术研究人员在阻断 LINE1 RNA 产生的同时也可能会关闭这些基因。因此，科学家观察到的影响可能是由于这些基因失活，而非LINE1 RNA 减少。“在早期发育中，你可能在敲除某些关键基因。”他表示。