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北京時代方略

垃圾DNA”竟能抗癌?盲鼴鼠的長壽秘訣對人類有效嗎


我們的DNA序列中接近一半都是轉(zhuǎn)錄子,它們不是真正的基因,而是基因之間的非編碼物質(zhì)。其中,反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(retrotransposons,RTEs)可以通過RNA逆轉(zhuǎn)錄自我復(fù)制,并在基因組中移動,出現(xiàn)在其他基因位點上,因此也被稱為“跳躍基因(jumping genes)”。它們通常被認(rèn)為對人體沒有益處,甚至由于跳躍的不穩(wěn)定性,可能導(dǎo)致有害的基因突變和疾病,比如血友病和癌癥。

來源: 學(xué)術(shù)經(jīng)緯 

 

我們的DNA序列中接近一半都是轉(zhuǎn)錄子,它們不是真正的基因,而是基因之間的非編碼物質(zhì)。其中,反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子(retrotransposons,RTEs)可以通過RNA逆轉(zhuǎn)錄自我復(fù)制,并在基因組中移動,出現(xiàn)在其他基因位點上,因此也被稱為“跳躍基因(jumping genes)”。它們通常被認(rèn)為對人體沒有益處,甚至由于跳躍的不穩(wěn)定性,可能導(dǎo)致有害的基因突變和疾病,比如血友病和癌癥。

不過最近,美國羅徹斯特大學(xué)(University of Rochester)的研究人員發(fā)現(xiàn),盲鼴鼠(BMRs)卻能夠利用這些“垃圾DNA片段”,來保護(hù)自身免受癌癥的侵害??茖W(xué)家指出,其背后機(jī)制也將對人類的癌癥治療策略有所啟示。相關(guān)論文發(fā)表在《自然》旗下的同行評議期刊Nature Immunology上。

盲鼴鼠是一種小型地下嚙齒動物,它們的壽命可以長達(dá)20年,大約是大小相似小鼠的10倍。它們之所以如此長壽,一部分原因是其對癌癥的天然抵抗力。之前的研究證明,盲鼴鼠通過一種被稱為“協(xié)同細(xì)胞凋亡(concerted cell death,CCD)”的機(jī)制,增加炎性細(xì)胞因子干擾素β(IFN-β)的產(chǎn)生,觸發(fā)快速增殖的癌前細(xì)胞(precancerous cells)凋亡,從而達(dá)到抗癌效果。

 

 

▲全轉(zhuǎn)錄組RNA測序(RNA-seq)顯示,編碼IFN-β的IFNB1基因mRNA水平在小鼠觸發(fā)CCD前急劇上升(圖片來源:參考資料[1])

問題來了,盲鼴鼠是如何觸發(fā)CCD的呢?

原來,反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子通常會被DNA甲基化沉默,以防止它們在基因組周圍跳躍引起突變。DNA甲基化是一種表觀遺傳修飾,可抑制基因活性。然而,盲鼴鼠體內(nèi)天然含有較低水平的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT1),導(dǎo)致DNA甲基化沉默機(jī)制失效,引起反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子“復(fù)蘇”,從而觸發(fā)CCD機(jī)制,而產(chǎn)生預(yù)防癌癥進(jìn)展的作用。

 

 

▲盲鼴鼠細(xì)胞中天然含有較低水平的DNMT1(圖片來源:參考資料[1])

具體而言,當(dāng)研究小組將正常分裂的盲鼴鼠細(xì)胞,與特意培養(yǎng)的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子復(fù)制更快的細(xì)胞進(jìn)行比較時,他們發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)的細(xì)胞能迅速觸發(fā)CCD,且反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子RNA和IFN-β水平在迅速凋亡的細(xì)胞中含量很高,而DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的水平比對照細(xì)胞更低。此外,如果用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物組織阻止反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子復(fù)制,就能抑制CCD,使小鼠更易形成腫瘤。

那這種機(jī)制對人類細(xì)胞是否適用呢?

在人類癌細(xì)胞中進(jìn)行的實驗顯示,通過人工敲除DNMT1基因可以抑制細(xì)胞增殖。換句話說,即使人類沒有進(jìn)化出與盲鼴鼠相同的癌癥抵抗機(jī)制,我們自身的細(xì)胞也有可能通過經(jīng)過設(shè)計的外部調(diào)節(jié),來觸發(fā)類似免疫機(jī)制,達(dá)到抗癌目的。

 

 

▲DNMT1基因的敲除抑制了人類癌細(xì)胞增殖(圖片來源:參考資料[1])

注:原文有刪減

參考資料:

[1] Zhao, Y., et, al. (2021). Transposon-triggered innate immune response confers cancer resistance to the blind mole rat. Nature Immunology, 22(10), 1219–1230. https://doi.org/10.1038/s41590-021-01027-8

[2] Blind Mole Rats Use Junk DNA to Combat Cancer. Retrieved September 30, 2021, from https://www.the-scientist.com/news-opinion/blind-mole-rats-use-junk-dna-to-combat-cancer-69262