「暗物質」DNA影響大腦發育

實驗室小鼠幫助研究人員探尋令人困惑的「暗物質」DNA。圖片來源：Alexander Badyaev

十多年來，由基因組中的「暗物質」片段（沒有明顯功能的纏繞在一起的DNA長鏈）帶來的謎題一直困擾著科學家。如今，一個團隊最終破解了這個謎題。

這個謎題集中在不編碼蛋白質但在很多動物中保持相同的DNA序列。通過刪除其中一些「超保守元素」，研究人員發現，這些序列能微調編碼蛋白質的基因表達，進而指導大腦發育。

這項日前發表於《細胞》雜誌的研究，或許能幫助研究人員更好地了解諸如阿爾茨海默氏症等神經系統疾病。同時，它還驗證了科學家提出的所有超保守元素對生命至關重要的假設，儘管研究人員對於它們的功能知之甚少。

編碼蛋白質的基因通常擁有相對較少的突變，因為如果這些改變干擾了相應的蛋白質，並且動物在繁殖前死去，那麼突變的基因就不會被傳給後代。基於該邏輯，一些基因組學家懷疑自然選擇能以類似方式清除超保守區域的突變。他們認為，即便這些序列沒有編碼蛋白質，它們的功能肯定也非常重要。

不過，這一假設在2007年遇到「路障」。當時，一個團隊報告稱敲除了小鼠體內的4個超保守元素，並且發現這些動物看起來很好且能正常繁殖。「這項發現令人震驚——這些小鼠本應該死去的。」最新研究第一作者、勞倫斯伯克利國家實驗室基因組學家Diane Dickel表示。

Dickel和同事利用CRISPR-Cas9基因編輯工具重新審視了該問題。他們分別或者以各種組合的形式刪除了小鼠體內的4個超保守元素。這些元素所在的DNA區域同時含有在大腦發育中起重要作用的基因。小鼠看上去也很好。不過，當研究人員分解這些嚙齒類動物的大腦時，他們發現了異常現象。

缺少特定序列的小鼠擁有數量極少的同阿爾茨海默氏症發病相關的大腦細胞。另一種超保守元素被刪掉的小鼠在涉及記憶形成和癲癇的部分前腦區域出現異常情況。「通常，它看上去像一把劍。但在這些小鼠的大腦內，這把劍是彎曲的。」Dickel介紹說。

她認為，由此導致的認知缺陷可能危及野外小鼠。因此，這些超保守區域的差異不會在整個種群擴散，因為遭受折磨的個體繁衍後代的成功率更低。進一步的研究將探尋患有阿爾茨海默氏症、失智症、癲癇或者其他神經系統疾病的人，是否在這些曾被忽視的非編碼序列中出現突變。（宗華）

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