Science揭示基因組的捍衛者

　　從細菌到人類，生物體都必須要保護自身對抗稱作為轉座子的寄生遺傳元件，并且賭注下得很大。這些DNA片段可在基因組中四處跳躍破壞基因，其可以造成極大的破壞因此細胞有專門的監視機制來抑制它們。

　　為了保護后代對抗基因組破壞，這些天然防御系統發生缺陷通常會導致不育不孕。在動物中，對抗搗亂轉座子的主要防御是piRNA(PIWI-interacting RNA)信號通路（延伸閱讀：小RNA領域牛人Science發表重要研究成果）。

　　在新研究中，冷泉港實驗室(CSHL)教授、劍橋大學CRUK劍橋學院教授Cambridge Institute領導科學家們，鑒別出Piwi系統利用一種蛋白質將細胞的基因沉默機器引導到了基因組中的正確位點，使得它能夠讓轉座子失活，且不會干擾生物體自身的基因。

　　Hannon的同事們開玩笑地將這一蛋白命名為巴諾拉米斯(PANORAMIX)，Panoramix是漫畫書中的著名人物，他能賦予其他人巨大的能力。

　　在生殖細胞中活化的piRNA信號通路是一個雙層防御系統。最直接的防線發現并毀壞轉座子RNA拷貝，第二機制找到基因組中的轉座子，用化學信號標記它指示細胞安全地關閉它們。“這兩個控制模式盡可能緊緊地鉗制住了這一系統，”Hannon說。

　　在當前的研究中，Hannon和同事們將焦點放在了化學標記轉座子DNA的系統上。這種情況發生在轉座子元件準備移動之時，此時基因組中的轉座子DNA轉錄為了RNA。

　　Hannon解釋說，Piwi系統面對的挑戰是要找出這些看起來很像生物體自身基因的序列標記它們，使得細胞能夠利用按需要關閉自身基因的相同機器 來識別出它們。稱作為piRNA的小RNA分子被認為在RNA拷貝出現時負責找到轉座子，但接下來的步驟卻無法解釋。“我們現找到這一轉座子特異性信號通 路與細胞普遍抑制機器之間的聯系，”Hannon說。

　　科學家們有一張清單列明了被認為有可能發揮這一作用的分子，Hannon實驗室的博士后研究人員余洋（Yang Yu，音譯）著手測試了它們。當Piwi系統沉默它們的自然靶標時是如此的快速，以致科學家們發現幾乎不可能追蹤它的組件。因此，余洋構建了一個人造 Piwi靶標，然后將Piwi系統不同的元件連接到它上面來監測接下來發生的事情。

　　在大多數情況下，細胞都將編碼靶標的DNA片段視作是自身的基因。但當Panoramix連接人造靶RNA時，它能夠阻止外源DNA片段轉錄。研究 顯示一旦啟動轉錄，Panoramix便會招募細胞基因沉默機器來關閉局部的轉錄、標記插入DNA，確保它將保持關閉，甚至是在后代中。

　　Hannon說：“這是一種非常特殊的現象。Panoramix召喚了細胞基因沉默機器，卻沒有影響果蠅自身任何基因的活性。”

　　Hannon說，盡管在哺乳動物中沒有發現Panoramix蛋白，極有可能人類和其他動物具有一種相關蛋白發揮了相同的作用。