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Nature:重磅!科学家发现能够“驯化”人类基因组的特殊蛋白

来源:生物谷 2017-03-13 00:09

图片来源:www.phys.org

2017年3月10日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自洛桑联邦理工大学的研究人员对一个庞大且神秘的人类蛋白质家族进行了一项基因组和进化研究,从而发现这些蛋白质或许能够调节人类基因组中数百万个转座子元件,相关研究也揭示了一个大型的物种特异性基因调节网络,该基因调节网络或许会影响人类机体生物学机制、健康和疾病等。

人类基因组中包含有数百万个来自于转座子元件中的序列,这种转座子遗传单元能够在机体基因组中不断“跳跃”,长期以来研究人员都认为转座子是基因组中的垃圾DNA,如今他们却发现,转座子能够影响多个基因的表达,然而研究者并不清楚转座子调节基因表达的范围和程度;这项研究中,研究人员就首次对350个人类蛋白组成的蛋白家族进行了广泛性的研究,结果发现,这些蛋白质能够同转座子之间建立一种复杂的相互作用机制从而创造出大型的人类特异性基因调节网络,同时研究者还追踪了上述蛋白的进化历时,这就为遗传学和药物开发等相关领域的研究提供了一种新的视野。

研究者Didier Trono表示,KZFPs是KRAB包含的锌指蛋白,此前我们发现能够作为KZFPs辅因子的蛋白能够参与到胚胎发育过程中转座子沉默的过程中去,如今通过对人类机体中KZFPs蛋白进行广泛性分析研究者重新追踪了该蛋白的进化历时并且鉴别出了其基因组靶点。同时研究者还结合系统发育学方法来研究有机体的基因组如何决定其生物学机制,通过对203个脊椎动物的基因组进行对比,研究者首次将KZFPs蛋白的起源锁定到了四足动物和空棘鱼的共同祖先,空棘鱼是一种从4亿年前进化而来的鱼类,KZFP转化元件系统的进化保守性或许就提示其具有一定的研究意义。

随后研究人员对大多数人类KZFPs蛋白的基因组靶点进行了图谱绘制,鉴别出了能够识别转座子元件的蛋白部分,研究者Trono说道,大部分的KZFPs都能够同转座子元件中的特殊基序结合,对于每一个KZFP而言,我们都会分配一个转座子元件亚型,同时我们还发现,一种转座子元件通常会同多个KZFPs蛋白相结合,而这就是一种高度组合性及多样性的系统。

研究者发现,KZFPs蛋白还能够在一种精巧的调节性调节平台中转换转座子元件,从而来影响基因的表达,而这似乎会在所有人类组织发育的所有阶段发生。当在4.2亿年前出现后,KZFPs就会以一种谱系特异性的方式快速进化,而其同转座子元件在宿主基因组中的蔓延似乎是同步的,这种同步近乎就会塑造人类基因调节网络。

Trono指出,KZFPs蛋白会促进人类生物学机制变得非常特殊,加上其在基因组中的靶点,KZFPs似乎会影响到人类生理学和病理学发病过程中的每一个单一事件,本文研究或许能够帮助研究人员鉴别出当前动物模型中的一些可能性缺点,而且还能够帮助构建出阐明人类机体基因发挥作用机制的精细化图谱。

最后研究者表示,本文研究阐明了人类机体基因调节的特异性维度特性,对于后期研究人类机体发育和生理学机制提供了新的研究线索,同时也给研究人员带来了巨大财富帮其阐明人类机体系统的感染如何引发诸如癌症等疾病的发生。(生物谷Bioon.com)

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原始出处:

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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