驯化我们基因组的蛋白质

出版时间:星期三,3月8日,2017—15:57 在里面生物学与自然

EPFL科徳赢手机版学家对人类蛋白质的一个大而神秘的家族进行了基因组和进化研究,证明它负责利用人类基因组中数以百万计的转座因子。这项研究揭示了影响所有人类生物学的主要物种特异性基因调控网络,在健康和疾病方面。人类基因组包含了数百万个来自所谓转座因子的序列,围绕整个基因组“跳跃”的遗传单位。一直被认为是垃圾DNA,转座因子现在被认为是影响基因表达的因素。然而,目前还不清楚这项法规的范围以及如何加以利用。EPFL科徳赢手机版学家们现在已经对约350种人类蛋白质的家族进行了首次广泛的研究,这表明它们与转座因子建立了复杂的相互作用,从而建立了基本上人类特有的基因调控网络。发表在《自然》杂志上,这项研究还追溯了这些蛋白质的进化史,开创了遗传学和医学的新领域。

在EPFL的Didier Trono实验室几年前发现,在胚胎发生的最初几天,一种蛋白质作为许多KZfps(含锌指蛋白的krab)的辅因子参与了沉默转座因子。现在他和他的合作者对人类KZFPS进行了广泛的分析,追溯它们的进化史并确定它们的基因组目标。

科学家们徳赢手机版结合了系统遗传学——研究不同物种之间的进化关系,基因组学-研究一个生物体的基因组如何调节其生物学。通过比较203种脊椎动物的基因组,他们首先把KZFPS的起源追溯到四足动物(四足动物)和腔棘鱼的共同祖先。四亿年前进化而来的鱼。KZFP可转置元系统的这种进化保守性暗示了它的基本重要性。

然后,Trono的团队绘制出大多数人类KZfps的基因组目标,发现最大分式识别可转置元素。“绝大多数的kzfps与转座元件中的特定基序结合,”Trono说。“对于每个kzfp,我们可以分配一个可转置元素的子集,并且发现一个可转置元素经常与几个kzfps相互作用。它是一个高度组合和通用的系统。”

EPFL的科学家们徳赢手机版最终证明,KZFPS可以在精细调节的调控平台中转换可转座的元件,这些调控平台影响基因的表达。这可能发生在所有的发育阶段和人类组织中。

“在4.2亿年前出现之后,KZFPS以一种特定的血统方式迅速发展,与转座因子入侵宿主基因组相似,”Trono说。“这种共同进化导致了人类基因调控网络的形成,这些网络在很大程度上适合于我们的物种,或者至少限制了灵长类——进化的距离越远,相似性越少。”

这项研究的数据表明,KZFP与转座因子合作,创造了作者所说的“一个很大程度上物种限制的表观遗传调控层”。表观遗传学指的是影响基因表达或抑制的生物学过程,主要是DNA及其相关蛋白质的生化修饰。作为一个领域,表观遗传学近年来得到了重视,揭示了遗传学中先前无法想象的复杂性和优雅。

“KZFPS有助于使人类生物学与众不同,”特罗诺说。“连同他们的基因组目标,它们可能影响人体生理和病理学的每一个事件,这样做的主要方式是物种特异性-一般系统存在于许多脊椎动物中,但在每种情况下,它的大部分成分都是不同的。”这项研究的发现将帮助科学家识别当前动物模型可能存在的缺陷,并构建一个更准确的基因在人类中如何工作的图像。徳赢手机版

“这篇论文揭开了一个基本上不被怀疑的问题:人类基因调控的巨大物种特异性维度”,Trono说。“这对我们了解人类发展和生理学有着深远的影响,并为我们提供了大量的资源来研究这种系统的干扰如何导致癌症等疾病。

这项研究是由瑞士国家科学基金会资助的。欧洲研究理事会,以及圣杜魁北克省的研究基金会(Fonds de la Recherche en Sant_du Qu_bec)。DNA测序部分工作是在洛桑大学基因组技术研究所进行的。

参考文献

Micha_l Inbeault,皮埃尔·伊夫·赫勒贝德,迪迪尔特罗诺。krab zfps有助于基因调控网络的进化,《自然》2017年3月8日。doi:10.1038/自然21683

来源:EPFL

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