图片来源:《Nature Genetics》
来源:中国生物技术网
5月27日发表在《Nature Genetics》上的一项新研究发现,以前被认为在不同生物体中具有相似作用的数十种基因,实际上是人类独有的,这或许有助于解释我们这个物种是如何形成的。
已知这些基因编码的一类蛋白质称为转录因子(或TF)控制着基因活性。TF识别称为基序(motif)的DNA代码特定片段,并将它们用作结合DNA打开或关闭基因的着陆点。
过去的研究表明,在不同生物体中看起来相似的TF也结合了相似的基序,即使在果蝇和人类等多种物种中也同样如此。但来自加拿大多伦多大学Donnelly细胞及生物分子研究中心Timothy Hughes教授实验室的一项新研究表明,情况并非总是如此。
Timothy Hughes
在该研究中,研究团队描述了一种新的算法,可以更准确地预测每种TF在许多不同物种中结合的基序序列。研究结果表明,TF的某些亚型在功能上比以前认为的更加多样化。
研究第一作者Sam Lambert说:“即使在亲缘关系密切的物种之间,也有一部分TF可能与新序列结合。这意味着它们可能通过调节不同基因而具有新的功能,这可能对物种差异很重要。”
即使在基因组99%相同的黑猩猩和人类之间,也有几十种TF识别两种物种之间的不同基序,其方式会影响几百种不同基因的表达。
Lambert说:“我们认为,这些分子差异可能正是导致黑猩猩与人类之间的一些差异。”
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为了重新分析基序序列,Lambert开发了一种新软件以寻找TF的DNA结合区域之间的结构相似性。这些结构相似性与它们结合相同或不同DNA基序的能力有关。如果两个来自不同物种的TF具有相似的氨基酸组成,那么它们很可能结合了相似的基序。但与比较这些区域作为一个整体的老方法不同,Lambert的方法自动为整个区域中一小部分且直接与DNA接触的氨基酸赋予更大的价值。在这种情况下,两个TF整体上看起来可能相似,但如果它们在这些关键氨基酸的位置不同,则它们更有可能结合不同的基序。当Lambert比较不同物种的所有TF并与所有可用的基序序列数据匹配时,他发现许多人类TF识别不同的序列,因此调控不同的基因,而不是其他动物中相同蛋白质的不同版本。
这一发现与之前的研究结果相矛盾,之前的研究表明,几乎所有人类和果蝇的TF都结合了相同的基序序列。这呼吁科学家们应该谨慎对待,他们希望通过仅研究相对简单的生物体来获得关于人类TF的见解。
Hughes教授说:“有一种观点一直坚持了下来,那就是TF在人类和果蝇之间结合几乎相同的基序。虽然有很多例子表明这些蛋白质在功能上是保守的,但这绝不是人们所接受的程度。”
图片来源:《Nature Genetics》
至于具有独特人类功能的TF,它们属于快速进化的所谓C2H2锌指(以含锌离子的指状突起命名)TF类,它们与DNA结合在一起。它们的作用仍然是一个悬而未决的问题,但我们知道,具有更多样化TF的生物体也有更多的细胞类型,它们可以以新的方式组合在一起,形成更复杂的身体。
Hughes教授很兴奋地发现,其中一些锌指TF可能是人体生理学和解剖学的独特特征,如我们的免疫系统和大脑,这在动物中是最复杂的。另一个问题涉及性别二态性,那些可见(或不太明显)性别之间的差异指导着配偶选择,它对生殖成功有直接影响,而且还对生理学产生长期深远的影响。男性的胡须或雄孔雀的尾巴就是这种特征的典型例子。
Hughes教授说:“在人类遗传学中,几乎没有人研究性别二态性的分子基础,然而这些特征是所有人类都能在彼此身上看到的,也是我们都感兴趣的。如果我能找到方法揭开这个面纱,我将把我职业生涯的后半段时间花在这上面。”
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