一項研究發現，細胞活動暗示我們的DNA中存在循環利用

雖然你可能不欣賞它們，甚至沒有聽說過它們，但在你的身體里，無數被稱為剪接體的微觀機器正在努力工作。當你坐下來閱讀的時候，它們通過移除內含子的序列，忠實而迅速地將你基因中破碎的信息重新組合在一起，這樣你的信使rna就能制造出你細胞所需的正確蛋白質。

內含子可能是我們基因組中**的謎團之一。它們是打斷你基因中敏感的蛋白質編碼信息的DNA序列，需要“剪接”出來。人類基因組有成千上萬的內含子，每個基因大約有7到8個，每個內含子都被一種稱為“剪接體”的特殊RNA蛋白質復合物去除，這種復合物會剪切掉所有的內含子，并將剩下的編碼序列(稱為外顯子)拼接在一起。這個由斷裂的基因和剪接體組成的系統是如何在我們的基因組中進化的還不得而知。

在他漫長的職業生涯中，加州大學圣克魯茲分校分子、細胞和發育生物學的杰出教授曼尼·阿瑞斯(Manny Ares)一直把盡可能多地了解RNA剪接作為自己的使命。

阿瑞斯說:“我對剪接體很感興趣。“我只是想知道剪接體的所有功能——即使我不知道它為什么這么做。”

在《基因與發育》雜志上發表的一篇新論文中，阿瑞斯報告了一項關于剪接體的驚人發現，該發現可以告訴我們更多關于不同物種的進化以及細胞適應內含子奇怪問題的方式。作者表明，在剪接體完成對mRNA的剪接后，它仍然保持活性，并可以與被移除的內含子進行進一步的反應。

這一發現為我們提供了迄今為止最有力的證據，表明剪接體可以將內含子重新插入基因組的另一個位置。這種能力以前并不被認為是剪接體所具備的，但這是“II族內含子”的共同特征。II族內含子是剪接體的遠親，主要存在于細菌中。

剪接體和II組內含子被認為有共同的祖先，負責在基因組中傳播內含子，但是II組內含子可以將自己從RNA中剪接出來，然后直接插入DNA，而在大多數高級生物中發現的“剪接體內含子”需要剪接體進行剪接，并且不被認為是重新插入DNA。然而，阿瑞斯實驗室的發現表明，剪接體今天可能仍在將內含子重新插入基因組中。這是一個有趣的可能性，因為重新引入DNA的內含子增加了基因組的復雜性，更多地了解這些內含子的來源可以幫助我們更好地理解生物體是如何繼續進化的。

基于一個有趣的發現

生物體的基因是由DNA構成的，其中有四種堿基，腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)按順序排列，為生物指令編碼，比如如何制造身體所需的特定蛋白質。在這些指令被讀取之前，DNA通過轉錄過程被復制成RNA，然后在核糖體將其翻譯成真正的蛋白質之前，RNA中的內含子必須被移除。

剪接體通過兩步過程去除內含子，導致內含子RNA的一端與中間連接，形成一個帶有尾巴的圓圈，看起來像牛仔的“套索”。這種外觀導致它們被命名為“larional內含子”。最近，布朗大學的研究人員在研究這些環狀結構中連接位點的位置時，發現了一個奇怪的現象——一些內含子實際上是圓形的，而不是環狀的。

這一觀察立刻引起了阿瑞斯的注意。從RNA序列中移除后，似乎有什么東西與lari內含子相互作用，改變了它們的形狀，剪接體是他的主要懷疑對象。

阿瑞斯說:“我認為這很有趣，因為這個關于內含子來源的古老想法。”“有很多證據表明，剪接體的RNA部分，即snrna，與II類內含子密切相關。”

由于剪接的化學機制在剪接體和它們的遠親II族內含子之間非常相似，許多研究人員推測，當II族內含子的自剪接過程效率太低而無法可靠地自行完成時，這些內含子的一部分就會進化成剪接體。然而，雖然II組內含子能夠直接插入DNA中，但需要剪接體幫助的剪接體內含子被認為不能插入DNA中。

“在我看來，這個故事中缺少的一個問題是，現代剪接體是否仍然能夠獲取一個變異內含子并將其插入基因組的某個地方?”阿瑞斯說。“它還能做祖先復合體做過的事嗎?”

為了開始回答這個問題，阿瑞斯決定調查是否真的是剪接體改變了主內含子以去除它們的尾巴。他的實驗室減慢了酵母細胞的剪接過程，并發現剪接體釋放出完成內含子剪接的mRNA后，它會附著在內含子變體上，并將它們重新塑造成真正的圓圈。阿瑞斯實驗室能夠重新分析已發表的來自人類細胞的RNA測序數據，并發現人類剪接體也具有這種能力。

阿瑞斯說:“我們對此感到興奮，因為雖然我們不知道這種環狀RNA可能會做什么，但剪接體仍然活躍的事實表明，它可能能夠催化lariat內含子插入基因組。”

如果剪接體能夠將內含子重新插入DNA中，這也將大大增加剪接體和II類內含子在很久以前擁有共同祖先的理論的分量。

檢驗理論

現在，阿瑞斯和他的實驗室已經證明，剪接體具有催化能力，可以像它們的祖先一樣，假設地將內含子放回DNA中。下一步，研究人員將創造一種人工環境，在這種環境中，他們將DNA鏈“喂”給剪接體，剪接體仍然附著在一個外部內含子上，看看他們是否真的能讓剪接體將內含子插入某個地方，這將為這一理論提供“概念證明”。

如果剪接體能夠將內含子重新插入基因組中，這在人類中可能是非常罕見的事件，因為人類對剪接體的需求非常高，因此沒有太多時間花在移除的內含子上。然而，在剪接體不那么繁忙的其他生物體中，內含子的重新插入可能更頻繁。Ares正與UCSC生物分子工程教授Russ Corbett-Detig密切合作，Russ Corbett-Detig最近在所有含內含子的物種的可用基因組中系統而詳盡地尋找新的內含子，并于去年發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

發表在《美國國家科學院院刊》上的這篇論文表明，遠在進化史上的內含子“爆發”事件可能會同時將數千個內含子引入基因組。阿瑞斯和科比特-德蒂格現在正致力于人工重建爆發事件，這將使他們深入了解當這種情況發生時基因組是如何反應的。

阿瑞斯說，他與科比特-德蒂格的跨學科合作為他們真正深入研究內含子的一些**謎團打開了大門，如果沒有他們的共同專業知識，他們可能不可能完全理解這些奧秘。

“這是**的辦法，”阿瑞斯說。“當你發現有人有同樣的問題，但有不同的方法、觀點、偏見和奇怪的想法時，那就更令人興奮了。”這讓你覺得你可以突破并解決這樣一個非常復雜的問題。”

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