“跳跃基因”如何在细胞分裂过程中渗透DNA

众所周知，病毒会利用它们入侵的人类细胞的遗传机制来复制自己。作为这一过程的一部分，病毒会在人类的遗传物质（基因组）中留下残留物。这种被称为“转座因子”的病毒样插入是遗传物质的片段，甚至比使用宿主细胞机制进行复制的病毒更简单。

随着时间的推移，几乎所有这些插入的元件都被我们细胞的防御机制沉默了，但一些绰号为“跳跃基因”的基因仍然可以像病毒一样在人类基因组中移动。只有一种，称为长散布核元素1（LINE-1），仍然可以自行移动。

作为一种表现得像逆转录病毒HIV的元件类型，LINE-1“逆转录转座子”首先被复制到与DNA结合的遗传物质RNA分子中，然后RNA LINE-1拷贝在基因组的新位置被转化回DNA。

通过这种方式，逆转录转座子每次移动都会向人类基因组添加代码，这解释了为什么500000个LINE-1重复现在代表了人类基因组的“惊人”20%。这些重复序列驱动基因组进化，但当LINE-1随机跳入重要基因或触发病毒等免疫反应引起炎症时，也会导致神经疾病、癌症和衰老。

然而，为了自我复制，LINE-1必须进入每个细胞核，即容纳DNA的内部屏障。

现在，在线发表在《科学进展》杂志上的一项新研究表明，LINE-1在细胞核破裂的短暂时期与细胞DNA结合，因为细胞不断分裂成两部分，从而产生替代物，使组织随着年龄的增长而保持活力。

研究小组发现，LINE-1 RNA利用这些时刻，与它编码的两种蛋白质之一ORF1p组装成簇，紧紧地固定在DNA上，直到细胞核在细胞分裂后重新形成。

由纽约大学朗格尼健康中心和德国路德维希-马克西米利安大学慕尼黑基因中心的研究人员领导，这项工作明确表明，只有当ORF1p（可以与RNA、DNA和自身结合，形成称为多聚体的连接拷贝）积聚成数百个称为缩合物的分子簇时，LINE-1才能与DNA结合。

随着越来越多的ORF1p分子的积累，它们最终会包裹LINE-1 RNA，这使得整个簇有更多的结合位点可以附着在DNA上。

纽约大学格罗斯曼医学院生物化学与分子药理学系和系统遗传学研究所副教授Liam J.Holt博士说：“我们的研究提供了关于构成人类DNA很大一部分的遗传元素如何成功入侵细胞核进行自我复制的关键见解。”。

“这些关于LINE-1插入背后的精确机制的发现为未来设计预防LINE-1复制的疗法奠定了基础。”

研究作者说，这项工作还表明，LINE-1缩合物起着递送载体的作用，将其RNA带到反转录转座子倾向于插入的DNA上的正确序列（富含DNA碱基腺嘌呤和胸腺嘧啶）附近。LINE-1被包装在其冷凝物中，被认为可以逃避在有丝分裂过程中将大颗粒从细胞核中排除的机制，作为细胞对病毒的防御。Holt博士补充道：“LINE-1缩合物的一个显著特征是，只有当缩合物中ORF1p拷贝数与RNA的比例足够高时，它们的DNA结合能力才会显现出来。”。“展望未来，我们将观察其他冷凝物是否会随着其成分之间的比例变化而发生功能变化。”