新闻 | 科学新发现：转座子如何影响早期人类发育
一项新的研究发现，早期人类发育中的重要转折点并非由我们自身的基因调控，而是由一种称为转座子的DNA元素所主导。这项研究由西奈健康中心的研究人员完成，挑战了我们对这些神秘DNA片段的传统认识，揭示了它们在人体发育和疾病中的重要作用。
“人们往往将转座子视为类似病毒的存在，认为它们是劫持我们细胞以自我繁殖的‘寄生虫’，”研究的资深共同作者、Lunenfeld-Tanenbaum研究所的高级研究员米格尔·拉马尔霍-桑托斯博士表示。“但我们的研究发现，这些元素并不仅仅是基因组寄生虫，它们对于早期发育至关重要。”
该研究发表于《发展细胞》期刊，显示转座元素在确保人类胚胎细胞正常进展的早期发育中扮演着关键角色，而不是回归到之前的状态。研究人员特别关注了一种称为LINE-1（长间隔核元素-1）的转座元素。这些元素不仅是我们基因组中不到2%的基因的陪衬，实际上，LINE-1元素占据了细胞内基因材料的20%。一些LINE-1元素能够自我放大并在基因组中移动，插入新的位置，因此被称为“自私DNA”。
长期以来，科学家们认为这些元素大多是有害的，可能在基因组中造成混乱，导致各种疾病，包括血友病、神经系统疾病和癌症。
该研究的另一位资深共同作者、博士后研究员胡安·张博士最初对早期胚胎中丰富的LINE-1 RNA信息产生了兴趣。RNA信息是从活动基因组的部分转录而来的，表明在这些关键早期阶段，LINE-1元素处于活跃状态。
“如果转座子是有害的，为什么在早期胚胎中会看到它们的活跃表现？这可是刚开始形成的胚胎。任何危险的插入都将在个体的整个发育过程中被传播，”张博士说。
在对培养的人类胚胎干细胞（ESCs）抑制LINE-1表达后，细胞出现了回退，回到了更原始的8细胞阶段。此时，八个细胞是相同的全能细胞，能够发展成胚胎和胎盘。然而，超过这一阶段后，虽然ESCs仍然可以形成所有胎儿细胞，但它们逐渐失去了对胎盘的贡献能力。
进一步实验显示，这些LINE-1信息分子在细胞核的三维空间中起到了组织DNA的支架作用。它们帮助将19号染色体（包含关键基因的染色体）移动到基因沉默区域，确保胚胎能够顺利进入后续阶段。
“我们的研究表明，LINE-1在胚胎开始特化其细胞以执行各种功能的关键转折点上调控基因表达。我们的结果表明，这并非偶然，而是一个重要的进化机制，”张博士表示。
令人惊讶的是，LINE-1元素的新角色与其通常行为相悖：它们不是跳跃到新基因组位置引发潜在有害突变，而是在这一关键背景下，LINE-1元素专门促进发育进程，强调了它们在早期人类生长中的重要性。
这一基础研究对生育治疗和再生医学中干细胞的应用具有重要意义。此外，这项工作揭示了LINE-1的新角色，未来可以在其涉及的疾病背景中进一步探索，包括神经系统疾病和癌症。
Lunenfeld-Tanenbaum研究所主任、科研副总裁安-克劳德·金格拉斯博士表示：“这项研究强调了我们对人类发育及这些神秘基因组元素的了解还有很大的提升空间。我祝贺我的同事们在这一重要发现上开辟了新天地，并期待他们在后续研究中的更多发现。”
该研究得到了加拿大卫生研究院、大湾豪宅慈善基金会及多伦多大学医学设计计划的资助。
故事来源：
网络收集
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一项新的研究发现，早期人类发育中的重要转折点并非由我们自身的基因调控，而是由一种称为转座子的DNA元素所主导。这项研究由西奈健康中心的研究人员完成，挑战了我们对这些神秘DNA片段的传统认识，揭示了它们在人体发育和疾病中的重要作用。
“人们往往将转座子视为类似病毒的存在，认为它们是劫持我们细胞以自我繁殖的‘寄生虫’，”研究的资深共同作者、Lunenfeld-Tanenbaum研究所的高级研究员米格尔·拉马尔霍-桑托斯博士表示。“但我们的研究发现，这些元素并不仅仅是基因组寄生虫，它们对于早期发育至关重要。”
该研究发表于《发展细胞》期刊，显示转座元素在确保人类胚胎细胞正常进展的早期发育中扮演着关键角色，而不是回归到之前的状态。研究人员特别关注了一种称为LINE-1（长间隔核元素-1）的转座元素。这些元素不仅是我们基因组中不到2%的基因的陪衬，实际上，LINE-1元素占据了细胞内基因材料的20%。一些LINE-1元素能够自我放大并在基因组中移动，插入新的位置，因此被称为“自私DNA”。
长期以来，科学家们认为这些元素大多是有害的，可能在基因组中造成混乱，导致各种疾病，包括血友病、神经系统疾病和癌症。
该研究的另一位资深共同作者、博士后研究员胡安·张博士最初对早期胚胎中丰富的LINE-1 RNA信息产生了兴趣。RNA信息是从活动基因组的部分转录而来的，表明在这些关键早期阶段，LINE-1元素处于活跃状态。
“如果转座子是有害的，为什么在早期胚胎中会看到它们的活跃表现？这可是刚开始形成的胚胎。任何危险的插入都将在个体的整个发育过程中被传播，”张博士说。
在对培养的人类胚胎干细胞（ESCs）抑制LINE-1表达后，细胞出现了回退，回到了更原始的8细胞阶段。此时，八个细胞是相同的全能细胞，能够发展成胚胎和胎盘。然而，超过这一阶段后，虽然ESCs仍然可以形成所有胎儿细胞，但它们逐渐失去了对胎盘的贡献能力。
进一步实验显示，这些LINE-1信息分子在细胞核的三维空间中起到了组织DNA的支架作用。它们帮助将19号染色体（包含关键基因的染色体）移动到基因沉默区域，确保胚胎能够顺利进入后续阶段。
“我们的研究表明，LINE-1在胚胎开始特化其细胞以执行各种功能的关键转折点上调控基因表达。我们的结果表明，这并非偶然，而是一个重要的进化机制，”张博士表示。
令人惊讶的是，LINE-1元素的新角色与其通常行为相悖：它们不是跳跃到新基因组位置引发潜在有害突变，而是在这一关键背景下，LINE-1元素专门促进发育进程，强调了它们在早期人类生长中的重要性。
这一基础研究对生育治疗和再生医学中干细胞的应用具有重要意义。此外，这项工作揭示了LINE-1的新角色，未来可以在其涉及的疾病背景中进一步探索，包括神经系统疾病和癌症。
Lunenfeld-Tanenbaum研究所主任、科研副总裁安-克劳德·金格拉斯博士表示：“这项研究强调了我们对人类发育及这些神秘基因组元素的了解还有很大的提升空间。我祝贺我的同事们在这一重要发现上开辟了新天地，并期待他们在后续研究中的更多发现。”
该研究得到了加拿大卫生研究院、大湾豪宅慈善基金会及多伦多大学医学设计计划的资助。
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