加拿大科學家找到殘存病毒幫助人類基因形成控制的機理

　　如果說基因是DNA（脫氧核糖核酸）串上的一盞燈，基因組就將成為一個無窮閃爍的燈環，因為數以千計的基因會在任何特定時間開啟和關閉。加拿大多倫多大學分子遺傳學教授蒂姆·休斯目前正在探尋隱藏在這場協調緊湊的燈光秀背后的規律，因為它一旦出現故障，疾病就會隨之而來。

　　基因由被稱為轉錄因子的蛋白開啟或關閉。這些蛋白和DNA上的精確位點結合以充當路標，告訴轉錄因子其目標基因就在附近。在最新一期《自然·生物技術》上，休斯及其團隊發表了對最大一組人類轉錄因子（C2H2-ZF）的首個系統性研究成果。

　　轉錄因子在發育和疾病形成中擔當著重要角色，C2H2-ZF轉錄因子數超過700個，占據人類所有基因數的3%。大多數人類C2H2-ZF蛋白與小鼠等其他生物體的完全不同，這意味著科學家無法將動物研究成果適用于人類C2H2-ZF。休斯研究小組發現，C2H2-ZF如此豐富多樣的原因在于，它們中的多數在進化過程中形成了避免人類祖先基因組遭受“自私DNA”損害的防御能力。

　　自私DNA是一種寄生DNA，其唯一目的就是繁殖一種人類基因組病毒。它們利用細胞的資源來制作自身的副本，并隨機插入整個基因組，沿途制造有害的變異。幾乎一半的人類基因組由自私DNA組成，自私DNA來自古代的逆轉錄病毒，其亦可將DNA插入宿主基因組中。當這種情況發生在卵子或精子中時，病毒DNA被傳遞給下一代，而自私DNA就此成了內生性逆轉錄因子（ERE）。

　　進化生物學家認為，自私DNA有助于使基因組變得更大，給自然選擇增添了額外的DNA材料。但休斯的研究數據表明，ERE占據了這場進化軍備競賽的中心舞臺，這種變化催生了C2H2-ZF這個蛋白新組群。休斯稱，這是一個從古到今的“征服與反征服”的精彩故事。C2H2-ZF最初進化成能關閉ERE、隨著新的ERE入侵人類祖先的基因組，新的C2H2-ZF就會出現以防止其破壞基因的功能。這就解釋了C2H2-ZF在不同的生命體中既豐富又多彩的原因。

　　此項研究表明，ERE是轉錄因子本身進化中的真正驅動力。所有的哺乳動物都有一大堆特定轉錄因子可靜默ERE，而ERE和這些新的轉錄因子在不同的脊椎動物中也是不同的。這些ERE現在是無害的，因為其已有幾百萬年的古老歷史。隨著時間的推移，其累積的變異以恒定的速度布滿整個基因組，最終的結果是其失去了繁殖和移動的能力。

　　C2H2-ZF則開始承擔新的角色，其使用分散在基因組中的ERE作為DNA對接位點，從這里對鄰近基因進行控制。曾作為征服者的ERE最終落得“被奴役”的下場。

　　休斯介紹了這一過程中的一個精妙例證。C2H2-ZF的一個家族成員ZNF189轉錄因子逐漸進化成可靜默一個具有一億年古老歷史的LINE L2逆轉錄因子。LINE L2現在已處于非活動狀態，但ZNF189仍然與L2綁定，因為它要使用L2殘余到達其他的基因。

　　L2序列的殘余恰好位于驅動大腦和心臟發育的基因附近。所以，ZNF189擔當了塑造這些器官的新角色，這一安排通過自然選擇得以保留下來，因為它對胚胎的形成有益。類似于L2曾經擔當的角色，ZNF189可能會關閉“大腦基因”，但在心臟細胞中，其實際上可能發揮著開啟基因的作用，因為它已失去了可形成關閉功能的那一部分。

　　休斯說，ERE“征服與被奴役”的故事正是基因組在進化中如何形成可塑性的一個美麗的例證。