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古老病毒通过入侵重塑人类基因组

译者：Docofsoul

《每日科学》2010年9月13日报道 —— 新加坡基因组研究院（GIS， 隶属于新加坡科技研究局(A*STAR)的生物医学研究院）的科学家以及来自新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学、杜克-新加坡大学医学研究院与普林斯顿大学的同事们最近发现：数百万年前“入侵”人类基因组的病毒已经改变了人类胚胎干细胞（ES细胞）中的基因开启与关闭方式。

科学家已经发现数百万年前“入侵”人类基因组的病毒已经改变了人类胚胎干细胞（ES细胞）中的基因开启与关闭方式。（照片来源：iStockphoto/Martin McCarthy)

这一研究为生理学与医学诺贝尔奖获得者芭芭拉•麦克林托克（Barbara McClintock）于上世纪五十年代提出的理论提供了明确的证据。芭芭拉•麦克林托克的理论推测：转座因子，即可移动的遗传物质（DNA）片段（比如说病毒序列），一旦插入基因组，就能成为影响基因调节的“控制因子”。

本发现对于推进干细胞研究进程、增强干细胞研究为再生医学效劳的潜力都算得上是重要贡献。 由新加坡基因组研究院精英小组负责人吉拉姆•布尔克（Guillaume Bourque）博士率队领导了本研究。本研究的论文发表于2010年6月6日的《Nature Genetics》（《自然•遗传学》）。

通过运用新的测序技术，科学家们研究了人类与小鼠胚胎干细胞（ES细胞）中三种调节蛋白质（OCT4、NANOG 与 CTCF) 的染色体组定位（基因组定位）。令人感兴趣的是，在科学家发现大量的相似点的同时，他们也发现了在人类中受到调控的基因方式与基因类型的许多不同点。尤其是，他们发现：数百万年前自行插入人类基因组的特定类型病毒已经戏剧性地改变了人类干细胞基因调控网络。

德克萨斯州大学阿灵顿分校副教授Cedric Feschotte 博士说：“本研究是计算与实验双管齐下的代表作，提供了无可置疑的全新的证据：一些经常被斥责为纯粹垃圾DNA的转座因子，恰恰正是人类发育调控密码的关键成分。”

在基因调控网络的研究中，人类模型系统与小鼠模型系统之间的比较研究有助于增进对干细胞分化成体内不同细胞类型的具体过程的理解。布尔克博士说：“这种理解在促使再生医学的百尺竿头更进一步地发展 —— 从而解决诸如帕金森病与白血病等问题方面是至关重要的。除了在本研究中利用基因调控网络中的小鼠胚胎干细胞的优势外， 深入研究必须更加直接地集中于人类干细胞。这是因为将某一种类上完成的研究成果转向对另一种类的研究上时必然会遇上的挑战。为了让干细胞方面的发现能够用于临床实践，在人类与（非人类的）灵长类干细胞两个方面还有更多的研究工作需要完成。”

加利福尼亚州立大学神经学Rudi Schmid 特聘教授、哲学博士雷蒙德•怀特（Raymond L. White）教授说：“本论文报告了令人非常激动的新发现，证实了一个全新的、迥然不同的基因表达的调控机制。通过将小鼠的基因组与人类基因组的直接比较，科学家能够显示：在两种种类之间，基因调控因子的结合点经常不在同一位置。这本身就足够令人惊讶的了，但是研究者作了进一步的探索，证实许多位点都嵌合在称之为‘转位’因子的一类DNA序列中，这是因为他们具有在基因组中移动到新的位置的能力。存在很多这样的相信是病毒基因组进化残余部分的因子，但我们所了解到的（信息中）还有着非常出人意外的情形：它们到达新的（基因组）位置时，还携带着调控因子结合位点。这些在调控方面的变化估计可能在携带它们的有机体上产生重大变化。确实，许多学者相信调控方面的变化处于物种形成的核心，可能在人从其祖先的进化历程中扮演了一个重要角色。本论文可能成为这一研究领域的里程碑式的论文。”

美国能源部联合基因组研究所所长、劳伦期•伯克利国家实验室伯克利实验分室基因组学部主任埃迪•拉宾（Eddy Rubin）博士补充说：“这个运用了比较基因组学策略的研究在人类胚胎干细胞（ES细胞）中发现了重要的人类特异性属性。该论文所提供的信息意义重大，应该有助于推进再生医学领域的发展，相信会有不俗的积极表现。”

参考文献：

Galih Kunarso, Na-Yu Chia, Justin Jeyakani, Catalina Hwang, Xinyi Lu, Yun-Shen Chan, Huck-Hui Ng, Guillaume Bourque. Transposable elements have rewired the core regulatory network of human embryonic stem cells.Nature Genetics, 2010; 42 (7): 631 DOI: 10.1038/ng.600

（《转位因子重新连接人类胚胎干细胞的核心调控网络》）