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Cell：復雜基因調控，或是“無心插柳”之作
2013-11-8 閱讀(443)
相比于低等細菌人類無疑是優(yōu)雅、高等、復雜的生物，這一點或許看起來顯而易見，但就基因而論，一位加州大學舊金山分校的科學家卻想要轉變對于人類和細菌進化的傳統(tǒng)看法。
加州大學舊金山分校的生物化學和生物物理學教授Hiten Madhani認為，引導我們基因活性的分子并非是一群井然有序、協(xié)調運作的運動選手，而是像一群酸腐的官僚阻礙工作，造成了不必要的效率低下。與之相比，細菌能夠有效率地執(zhí)行這些過程，較少挫折表達自身的基因。
Madhani在發(fā)表于11月7日《細胞》（Cell）雜志上，一篇題為“The Frustrated Gene: Origins of Eukaryotic Gene Expression”的文章中，陳述了自己的觀點。
盡管Madhani的想法是受到他自身的研究發(fā)現(xiàn)的刺激所產生，但他卻將他的Cell論文描述為是一個“如此”（ just so）的故事。這一向傳統(tǒng)觀點提出挑戰(zhàn)的猜測，到目前為止還缺乏支持它的數(shù)據(jù)。他表示這一妙想源自于的科學家、諾貝爾獲得者Sydney Brenner。“生物學淹沒在了數(shù)據(jù)的海洋中，但它需要新的理論，”Madhani說。
Madhani說，大多數(shù)的科學家們都認為，在人類細胞中引導基因表達和蛋白質生成的分子機制必須非常復雜，才能使得驅動多層面生物進化和維持的反應靈活多變。
但他認為，遺傳調控機器的這種復雜性zui初進化并非是“有心特意”為了實現(xiàn)整個人類的發(fā)展。相反，早期真核生物首先進化出基因表達的復雜性，或許是為了阻礙反轉錄病毒等“寄生DNA”的感染，否則它們進入到細胞核中會破壞正常的基因。
與人類相反，沒有采用引導人類基因表達的那些復雜機制，細菌適應性地以無數(shù)種的方式進化，控制它們的基因。事實上，包含數(shù)萬億細胞的人類，以及不過一個細胞的致病細菌，在很長的時間內都一直在共同戰(zhàn)斗和進化，多藥耐藥細菌或許就是在這億史詩般的斗爭中出現(xiàn)的一類的惡棍。
盡管簡單但細菌一直存在著。它們只有一條負載基因的染色體，缺乏細胞核。細菌的染色體沒有稱之為染色質的可修飾保護鞘。人類和細菌細胞的基因表達有許多的其他細節(jié)存在差異。細菌是“原核生物”，顧名思義它們是在細胞進化擁有細胞核之前出現(xiàn)的——根據(jù)來自化石的某些推測，時間是在30多億年前。人類細胞擁有一個細胞核，以及許多被視之為是“真核生物”的其他特征。
Madhani說，盡管人類是在幾百萬年前由猿類進化而來，真核生物或許是在15億年前單細胞酵母祖先出現(xiàn)之時就已存在——具有相同的復雜特征。
“認為人類基因表達的復雜屬性的發(fā)展推動了復雜、多細胞生物的進化，這一觀點或許是吸引人的。但真核基因表達的核心元件是在現(xiàn)代真核生物的遠古單細胞祖先中建立。換句話說，早期真核細胞已經在適應防止寄生DNA，”Madhani說。
Madhani說他的想法來自今年早些時候他發(fā)布的一項研究。他的研究小組發(fā)現(xiàn)，一種稱作SCANR的真核細胞機器在阻止寄生DNA破壞基因組中發(fā)揮了一種從前未知的作用。
SCANR保護對抗了很早以前侵入人類基因組的跳躍基因（轉座子）。轉座子可多次復制，將自身插入到基因組DNA中的隨機位點。當轉座子將自身插入到一個重要基因之中時，它或許會導致功能失常、疾病或先天缺陷。
Madhani開始思考細胞中有可能同樣阻礙某些病毒的其他機制，不同于細菌病原體，病毒是依賴于人類宿主的遺傳機器進行復制。
“但轉座子元件攻擊來自基因組內部，而病毒攻擊來自外部，”Madhani說。
除了限制接近DNA的染色質，真核細胞還可能有一些RNA修飾和在蛋白質生成之前檢測這些真核生物修飾的分子檢測者。細胞核自身受到門控，使得只有一些分子能夠進入細胞核。許多其他的真核細胞現(xiàn)象zui早進化或許都是為了抵抗病毒和轉座子元件。
