“垃圾DNA”或是編碼DNA的“衛士”

　　 “垃圾DNA”的概念是在上世紀70年代提出來的，用來形容那些基因組中不是編碼蛋白質的DNA序列，而在學術上被稱為非編碼DNA序列。

　　由于當時的科學家普遍認為有生物學意義的蛋白質才是決定生物性狀的關鍵，而且也沒有一種好的理論和技術手段來解釋這些“垃圾”存在的原因，于是“垃圾DNA”這一觀念便形成并且逐漸根深蒂固，也一直影響著人們對于基因組的認識與研究工作。

　　非編碼DNA“開關說”有待完善

　　2012年9月5日，來自5個國家32個科研機構的442名科學家，以在著名學術期刊Nature、Genome Biology和Genome Research上同時發表30篇論文的方式，向世人展示他們的研究成果。他們研究的對象就是那些曾經被認為沒有生物學意義的“垃圾DNA”。

　　科學家們發現，人類基因組中包含多達400萬個基因開關和功能調節因子，它們就在被人們認為是“垃圾”而不予理睬的DNA中。這強烈地沖擊了“DNA序列=生物性狀”的傳統觀點。每個基因對應著差不多200種各類型的調節方式，而不同的調節方式又決定著生物性狀的差異，那么真正影響生物性狀的，或者說生物精髓的就不該是DNA序列，而是那些豐富的調節方式。

　　這一發現為人類認識疾病提供了新的思路。疾病的發生，也許并不是某些基因的缺陷，而是復雜的調控網絡出現了紊亂；人與人個體的差異，恰恰也是源于這種調控網絡間的差異。因此，同一種手段去干擾這種網絡，自然會得到不同的結果。伴隨著這種機制的逐漸揭示，個體化醫療也將必然走進人們的視野中，傳統的醫療模式或許將被逐漸淘汰，代之以個體醫療模式，疾病預測和治療手段也將更加個性化、精確化。

　　也就是說，人們已經認識到，這些非編碼DNA雖然不直接編碼蛋白質，卻是負責調控一些基因表達的“開關”。

　　但常州大學生物醫學工程與健康科學研究院教授邱國華認為，這種基因表達的“開關”，并不能很好地解釋非編碼DNA的兩大特征：第一，隨著生物個體進化的復雜性的增加，非編碼DNA在基因組中所占的比例也逐漸提高，即非編碼DNA的含量和生物的復雜性成正比，例如在人類的基因組中占了98.5%；第二，非編碼DNA在（橢）球型細胞核里基因組的立體結構中的獨特位置，即編碼蛋白質的編碼DNA處于核心位置，而不編碼蛋白質的非編碼DNA則處于基因組的外周，而且越是外周的位置，編碼DNA越少，非編碼DNA越多。

　　非編碼DNA的

　　保護作用

　　利用前人的實驗數據和詳實確鑿的證據，邱國華單獨撰寫并在著名毒理學期刊《突變研究—突變研究評述》發表了兩篇有關非編碼DNA功能的文章，分別從抵抗輻射和外源核酸入侵所引起的DNA損傷的角度，闡述了非編碼DNA在對基因組和編碼DNA的保護中起著重要的作用，首次提出了非編碼DNA保護基因組和編碼DNA的觀點，而這種功能與非編碼DNA的含量和定位密切相關。

　　邱國華解釋說，在細胞受到輻射時，因為水分的存在，輻射的能量在細胞質里產生自由基。輻射的能量和自由基穿過細胞核時，處于外周的非編碼DNA組成的異染色質像“保鏢”擋子彈一樣，為處于核心位置的蛋白質編碼DNA減少輻射的能量和自由基，從而減少對蛋白質編碼DNA的損傷，也就是減少了對生物體的傷害；同時，自由基在非編碼DNA區域所產生的DNA損傷，則會以“染色體外環形DNA”的形式，排到細胞質里，然后被核酸酶降解。因此，在細胞受到輻射時，編碼DNA受到了非編碼DNA的雙重保護：阻擋和排出。

　　此外，細胞在抵御外源核酸的入侵如病毒感染時，病毒核酸在受到上述策略的抵抗之前，它們可能在細胞質里受到非編碼DNA所產生的小分子RNA的干擾，如被降解和失活等。因此，在細胞受到病毒感染時，編碼DNA受到非編碼DNA的三重保護：“長程的”小分子RNA的降解和失活（在細胞質），“短程的”保鏢阻擋以及排出（在細胞核）。

　　人們已經發現，非編碼DNA與生物個體（包括人類）的健康有著密切的關系。例如，隨著年齡的增長，非編碼DNA及其構成的異染色質會逐漸減少，因此，對病毒感染和輻射（如紫外線）的抵抗力就減弱。另一方面，人為地減少非編碼DNA的生物個體受到輻射后，其DNA的損傷加大，得癌癥的幾率增加，壽命減短；而具有較多異染色質的生物個體則能更好地抵御病毒的感染和輻射的照射，壽命也更長。邱國華認為，這些結果就是非編碼DNA保護作用的體現。