跳跃基因如何引发疾病推动进化

我们的DNA序列中有近一半是由跳跃基因组成 - 也称为转座子。它们在发育精子和卵细胞的基因组周围跳跃，对进化很重要。但是，他们的动员也会导致导致疾病的新突变，如血友病和癌症。值得注意的是，在发育生殖细胞的过程中何时何地发生生殖细胞这一关键过程很少，这是确保它们在后代繁殖的关键过程，但可能导致宿主的遗传障碍。

为了解决这个问题，卡内基研究小组开发了一种新技术来跟踪跳跃基因的动员。他们发现，在特定时期卵子发育，称为反转录转座子组的跳跃基因劫持的特殊细胞称为护士细胞培养发育卵。这些跳跃基因使用护士细胞产生侵入性物质(自身的复制品称为病毒样颗粒)，这些物质会移动到附近的卵子中，然后动员到卵子的DNA中。该研究发表在7月26日的Cell在线期刊上。

动物不知不觉地开发了一种强大的系统来抑制基因活动，这种基因活动使用称为piRNA的小的非编码RNA，它识别跳跃基因并抑制其活性。偶尔，跳跃的基因仍然可以移动，这表明它们采用了一些特殊的策略来逃避piRNA的控制。然而，追踪跳跃基因的动员以了解他们的战术是一项艰巨的任务。

卡内基团队开发了使用果蝇Drosophila melanogaster跟踪跳跃基因运动的方法。为了促进他们的研究，他们破坏了piRNA抑制以增加这些跳跃基因的活性，然后在卵子发育过程中监测它们的运动。这导致他们发现了允许跳跃基因移动的策略。

卡内基的合着者赵章解释说：“我们非常惊讶这些跳跃基因几乎不会在产生卵细胞的干细胞中移动，可能是因为干细胞这些跳跃基因只能使用两个基因组拷贝。相反，这些移动元件使用支持护士细胞，每个细胞可提供多达数千个基因组拷贝，作为大规模制造能够整合的病毒样颗粒的工厂。然而，它们没有整合到生产它们的护士细胞中。相反，他们在被运送到相互连接的卵细胞时等待，然后将数百个(如果不是数千个)新的自身拷贝添加到卵DNA中。我们的研究表明，寄生遗传因素如何能够对其活动进行计时，并区分不同的细胞类型，以便有力地繁殖，从而推动进化改变并引发疾病。“

“我的小组发现，哺乳动物的卵子发育使用许多与果蝇相同的机制，例如使用护士细胞喂养发育中的卵子。因此，张小组的研究结果可能对于理解哺乳动物的进化和疾病也很重要。 “艾伦·斯普拉德林(Allan Spradling)评论说，他是研究果蝇和哺乳动物卵子发育的先驱研究员，也是卡内基胚胎学系的长期科学家。

“自从卡内基的Barbara McClintock在六十多年前发现跳跃基因的开创性贡献以来，我们无法理解动物如何为下一代做准备。现在由我们的员工助理赵先生领导的初级研究小组张，在解决这个长期存在的难题方面迈出了重要一步，“卡内基胚胎学系主任郑义贤评论道。