Nature重要发现：跳跃基因的拦路虎
一个称之为组蛋白的蛋白质家族为DNA提供了支持和并赋予其结构，然而多年来科学家们一直对其中的一些非常规组蛋白感到迷惑不解，它们似乎是因为特殊而又通常神秘的原因而存在。现在，研究结果揭示出了这样一种组蛋白变体的新用途：通过让某些所谓的“跳跃基因”待在合适的位置阻止了遗传突变。
这项由洛克菲勒大学发起，发表在5月4日《自然》（Nature）杂志上的新研究，揭示出了表观遗传学通过DNA以外的手段来发挥作用的一种基本机制。由于组蛋白与DNA关系密切，科学家们知道它们常常参与基因的表观遗传调控已有一段时间。在这个案例中，一种特殊的组蛋白变体似乎降低了干细胞中潜在有害改变发生的机会，这些干细胞最终可以生成构成生物的各种组织类型。
研究作者、染色质生物学和表观遗传学实验室主任及教授C. David Allis说道：“人们说，好东西总是不起眼。组蛋白变体尤其如此。这项研究发现与常规H3组蛋白略有不同的组蛋白变体H3.3，帮助阻止了某些遗传元件（由远古的病毒感染留下的残余物）在基因组中四处移动。表观遗传学在分子水平上到底是如何起作用？这一研究发现为我们仍然在不断拓展的这方面的知识做出了重要的补充。”
组蛋白充当DNA环绕的线轴，为DNA提供了支持并赋予了它结构。这些组蛋白发生化学修饰可以改变基因的表达，使得它们更加容易表达或是通过压紧 DNA-蛋白质复合物沉默了它们。古怪的H3.3与它的常规相似物H3只有几个氨基酸的差异。由于它存在于整个动物王国中，一段时间以来科学家们一直怀疑 H3.3发挥了特异的生物学作用。
研究作者、Allis实验室的Simon Elsasser和Laura Banaszynski一开始在干细胞中检测了H3.3在小鼠基因组上沉积的位点。Elsasser想到了在重复序列上寻找H3.3；然而全基因组研究通常会忽略掉重复序列。因此，Elsasser开发了一种新方法来捕捉这一信息。
研究结果显示出一种模式：H3.3出现在某种类型的重复序列——反转录转座子上。反转录转座子是古老的病毒感染留下的一些残余物。不同于它们的祖先病毒，反转录转座子被困在宿主基因组中，但它们仍然可以复制自身，并跳跃到宿主基因组中的新位点。有时进化会为它们找到一种新用途。例如，一些由反转录转座子衍生的基因编码了哺乳动物胎盘必需的蛋白质。但当反转录转座子跳跃时，它们可以引起有害突变。
在探索染色质对调控基因表达所起作用的这类研究中，科学家们通常采用小鼠胚胎干细胞。相比于分化细胞，干细胞的染色质景观更具可塑性，反映了它们具有进入到众多基因表达程序的任一种程序中，生成成体生物体内成百上千不同细胞类型的能力。一旦细胞开始选择了一种身份，不为这种身份所需的基因组组成部分就会被永久关闭。在这项研究之前，科学家们知道了小鼠干细胞使得基因组的大部分能够被接近，但却通过给反转录转座子加上H3K9me3化学标记物抑制了它们。
Banaszynski完成的一些初期实验表明，H3.3是放置这些抑制性“三甲基”标记的必要条件。Banaszynski说：“通过除去负责将H3.3放置到染色质中去的蛋白质或是完全消除H3.3，我们证实这种三甲基化依赖于H3.3。”
“此外，在缺失H3.3的细胞中反转录转座子变得更加的活跃，在这些细胞中我们看到了染色质异常。或许通过沉默反转录转座子，H3.3阻止了这些异常，但我们不能排除这种可能性：即H3.3丧失因为其他的原因导致了这种基因组失稳。”
Banaszynski说：“尽管这些实验中研究的反转录转座子类型在人类中不活跃，有可能人类干细胞也利用了H3.3来让其他种类的跳跃基因待在合适的位置。”
这项研究的意义超越了表观遗传学。“这项研究还暗示了一个有趣的生物学问题：细胞是如何平衡反转录转座子一类的可移动元件的潜在进化利益，以及沉默它们来维持基因组这一竞争需求的？”她说。
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