跳跃基因协同工作以控制基因组中的程序性缺失

科学家们已经发现了一种新的分子家族，这种分子在单细胞淡水生物(称为纤毛虫)的繁殖过程中能够精确地去除不需要的DNA。

这些新分子的发现对我们理解基因去除(或“切除”)和重排的机制具有深远的意义，这些机制在许多物种的发育和进化中起着至关重要的作用。研究结果发表在eLife上。

转座子是在基因组中移动的DNA片段，通过与其结合的称为转座酶的酶转运。随着转座子在进化过程中跳跃，宿主生物可以获得它们携带的基因并利用它们在称为驯化的过程中获得新的功能。

来自称为PiggyBac的家族的转座酶已经多次被驯化在各种生物体中。虽然它们的功能知之甚少，但已知它们在纤毛虫(如草履虫)的繁殖中起着重要作用。

当这些单细胞生物繁殖时，它们经历了巨大的基因组扩增并去除了相当大比例的重复遗传物质，包括转座子。这包括精确切除45,000个非编码DNA片段(称为内部消除序列)，否则会中断47%的基因组中所有基因。

“我们知道PiggyBac是PiggyBac家族中的驯化转座酶，它负责切割DNA，但我们所不知道的是切除机制是如何精确定位在DNA末端的，”主要作者Julien Bischerour解释道。法国巴黎萨克莱大学CNRS细胞整合生物学研究所研究员。

在这项研究中，研究小组确定了另外五组PiggyBac转座酶家族，它们与PiggyMac一起准确删除草履虫基因组中的特定DNA片段。通过沉默不同的家养PiggyBac转座酶，他们发现每个组都起着建筑作用，并且在繁殖和随后的基因去除过程中PiggyMac向细胞核的运动是必不可少的。

此外，阻断PiggyBac转座酶的活性在去除过程中引起许多错误。这表明一些家庭成员保留了活动，但过程变得不那么有效和准确。它还揭示了这些分子切割的优选DNA长度的见解。一些序列在机械上难以去除的事实揭示了在进化过程中草履虫中基因缺失的潜在限制。

“我们发现新的PiggyMac合作伙伴，由草履虫基因组中的五组重复基因编码，通过转座酶对这些非编码序列的去除机制和对所涉及的机器的更深入了解带来了新的见解，”资深作者MireilleBétermier解释说，巴黎 - 萨克莱大学CNRS细胞综合生物学研究所研究员。“根据我们的工作，未来对人类驯化转座酶的研究应考虑到这些分子可能在同一细胞功能中共同作用的可能性。”