日前，研究人員取得了一項(xiàng)里程碑式的新成果：他們發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄起始的精確位點(diǎn)，從而為解析基因組“暗物質(zhì)”的起源邁出了重要的一步。這項(xiàng)刊登在《自然》雜志上的研究將有助于分析復(fù)雜疾病特征所在的確切位置。
 

    所謂基因組“暗物質(zhì)”,其實(shí)就是基因組中的非編碼 RNA ——不包含用于制造蛋白質(zhì)的版圖，構(gòu)成了超過(guò) 95% 的人類(lèi)基因組。之前的研究認(rèn)為，非編碼 RNA 不編碼蛋白質(zhì)，屬于“垃圾”RNA.而隨著研究的深入，科學(xué)家逐漸發(fā)現(xiàn)，非編碼 RNA 含有豐富的信息，是生命體中有待探索的“暗物質(zhì)”.目前已發(fā)現(xiàn)很多非編碼 RNA 具有的重要生物學(xué)功能。同時(shí)，越來(lái)越多的證據(jù)表明，一系列重大疾病的發(fā)生發(fā)展與非編碼 RNA 調(diào)控失衡相關(guān)。
 

    在這項(xiàng)最新研究中，來(lái)自賓州大學(xué)分子生物學(xué)系的 B. Franklin Pugh 教授，以及博士后研究員 Bryan Venters （目前任職于范德比爾特大學(xué)）等人發(fā)現(xiàn)了人類(lèi)基因組中相同類(lèi)型位置上基本上所有編碼和非編碼 RNA 起始點(diǎn)，這將有助于查明復(fù)雜疾病特征所在的確切位置，因?yàn)樵S多疾病的遺傳起始位點(diǎn)位于基因組編碼區(qū)域以外。

    研究人員首先分析轉(zhuǎn)錄起始的精確位點(diǎn)，這是基因翻譯成蛋白的第一步。“在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，DNA 通過(guò) RNA 聚合酶，形成 RNA,后者是一種單鏈遺傳物質(zhì)，科學(xué)家們認(rèn)為 RNA 是地球上出現(xiàn) DNA 之前的遺傳物質(zhì)。然后通過(guò)再經(jīng)過(guò)多個(gè)步驟，基因表達(dá)成蛋白”,Pugh 解釋道。

    并且他還補(bǔ)充說(shuō)，在他們尋找轉(zhuǎn)錄起始所在之處的研究期間，其他一些科學(xué)家也在直接分析 RNA,但是 Pugh 和 Venters 則是去分析在人類(lèi)染色體上，啟動(dòng)非編碼 RNA 起始轉(zhuǎn)錄的蛋白定位在哪里。

    “我們之所以采取這種方式，是因?yàn)樵S多 RNA 在制造出來(lái)后就立即被降解了，這令我們防不勝防，” Pugh 說(shuō)，“因此我們沒(méi)有去尋找轉(zhuǎn)錄的 RNA 產(chǎn)物，而是尋找制造 RNA 的‘起始機(jī)器’。這種機(jī)器組裝 RNA 聚合酶，制造 RNA,并最終翻譯成蛋白質(zhì)”.

    結(jié)果令 Pugh 和 Venters 感到吃驚的是，他們發(fā)現(xiàn)了 16 萬(wàn)個(gè)這樣的“起始機(jī)器”,但人類(lèi)總共也才大約 3 萬(wàn)個(gè)基因。

    “這一發(fā)現(xiàn)十分重要，要知道實(shí)際上我們?cè)诨蛭稽c(diǎn)處發(fā)現(xiàn)的‘起始機(jī)器’只有不到 1 萬(wàn)個(gè)，而且細(xì)胞中大多數(shù)基因處于被關(guān)閉狀態(tài)，它們一般都沒(méi)有用到這些機(jī)器。”

    對(duì)于余下的 15 個(gè)起始機(jī)器，Pugh 和 Venters 還沒(méi)有找到它們的歸屬，這些機(jī)器的作用依然待定。“這些與基因沒(méi)有關(guān)聯(lián)的起始機(jī)器顯然是活躍的，因?yàn)樗鼈兡苤圃?RNA,科學(xué)家們也在發(fā)現(xiàn) RNA 片段的同時(shí)發(fā)現(xiàn)了它們”,Pugh 說(shuō)，“最開(kāi)始，這些 RNA 片段由于并不編碼蛋白而受到了忽視。”

    Pugh 說(shuō)，很容易就會(huì)忽視這些片段，因?yàn)樗鼈儾痪哂卸嗑巯佘账峄痯olyadenylation的特征（這是指能用于保護(hù) RNA 免受破壞的長(zhǎng)串腺苷）。

    之后 Pugh 和 Venters 又通過(guò)能識(shí)別編碼基因相關(guān) DNA 序列的非編碼起始機(jī)器，進(jìn)一步驗(yàn)證這一研究結(jié)果。

    “這些非編碼 RNA 被稱為基因組‘暗物質(zhì)’，就像是宇宙中的暗物質(zhì)，難以察覺(jué)，沒(méi)有人知道它們究竟是用來(lái)做什么的，或者它們?yōu)槭裁丛谀抢铮?rdquo; Pugh 說(shuō)，“現(xiàn)在至少我們知道它們是真實(shí)的了，不只是‘噪音’或‘垃圾’。當(dāng)然下一步還需要回答一個(gè)問(wèn)題：‘它們到底是用來(lái)做什么的？’”

    Pugh 補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)研究的意義在于朝著解決“失蹤遺傳 missing heritability”這一問(wèn)題邁進(jìn)了一大步，這個(gè)概念是指大部分特征，包括基因，為何無(wú)法通過(guò)個(gè)體基因進(jìn)行描述。“當(dāng)一種疾病的突變圖譜指向基因組未知功能區(qū)域的時(shí)候，很難了解這種疾病的來(lái)源”,“不過(guò)如果這些區(qū)域能制造 RNA,那么我們就能一步步的了解這種疾病。”