口吃的DNA精心策劃了蚊子的一生

所有生物都有DNA，DNA是提供生命藍圖的遺傳物質(zhì)。人體細胞中的雙螺旋DNA分子首先被翻譯成RNA分子，然后被翻譯成蛋白質(zhì)，以保證細胞和整個生物體的功能。然而，很大一部分脫氧核糖核酸并不是用來制造蛋白質(zhì)的。之所以被稱為“垃圾DNA”，是因為它的功能長期以來還不清楚。但事實證明，蚊子體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的某種垃圾DNA會被重復(fù)數(shù)十次，稱為“衛(wèi)星DNA”，對蚊子胚胎的早期發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。

拉德伯德大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員在科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

早期發(fā)展

所有的動物——但在這項研究中，尤其是埃及伊蚊，一種黃熱病蚊子——都由許多細胞類型組成，形成不同的組織和器官，所有的細胞類型都來自一個受精卵。這是一個復(fù)雜的過程。為了保證受精卵成功發(fā)育成胚胎，母親不僅提供了一半的遺傳DNA，還為卵子提供了額外的蛋白質(zhì)和RNA。

這些RNA和蛋白質(zhì)是必不可少的添加劑，因為這些分子引導(dǎo)受精卵的第一次細胞分裂。只有經(jīng)過多次細胞分裂，才能產(chǎn)生蚊子蛋白和RNA，從而促進它們的進一步發(fā)育。同時，母親添加的蛋白質(zhì)和RNA一定要及時分解，以免干擾后續(xù)蚊子的發(fā)育。

排列RNA

原來，新生蚊子胚胎中的一些衛(wèi)星DNA負責分解母體RNA。但是這是如何工作的呢？羅納德范里杰教授實驗室的研究人員，主要是博士生之一麗貝卡哈爾巴赫，發(fā)現(xiàn)口吃的脫氧核糖核酸產(chǎn)生了兩個小核糖核酸分子。這發(fā)生在蚊子胚胎發(fā)育的最早階段。然而，這些小核糖核酸分子不產(chǎn)生任何蛋白質(zhì)。這些核糖核酸調(diào)節(jié)編碼蛋白質(zhì)的其他核糖核酸片段的活性。在這種情況下，它們會與母親的RNA分子結(jié)合，然后分解它。這一步是如此重要，以至于缺乏這些“調(diào)節(jié)RNA”會導(dǎo)致母親的RNA分子繼續(xù)存在。

還有衛(wèi)星恐龍。

Van Rij強調(diào)了這項研究的非凡之處：“在這項研究中，我們?nèi)〉昧艘恍┩耆龊跻饬系陌l(fā)現(xiàn)。盡管衛(wèi)星DNA是60多年來第一次被發(fā)現(xiàn)，但人們對它的功能知之甚少。在這項研究中，我們發(fā)現(xiàn)它在發(fā)展的關(guān)鍵階段實際上具有非常重要的功能。”

從進化的角度來看，這種機制還是很古老的。范里杰：“我們和瓦赫寧霍根大學(xué)的研究人員一起檢查了大量的蚊子種類。這說明我們的衛(wèi)星DNA和特異性調(diào)控RNA起源于大約2億年前，也就是三疊紀晚期。我覺得這些小RNA這么長時間保持不變是一件很棒的事情，這特別說明它們有重要的功能?！?

從蚊子到人類？

不同動物物種胚胎發(fā)育的第一步有明顯的相似性，但在分子水平上有很大的差異。這種特殊的口吃DNA在人類身上找不到，但其他衛(wèi)星DNA可能在人類或其他動物的胚胎發(fā)育中發(fā)揮作用。

背景：意外發(fā)現(xiàn)

這項研究是基于偶然的發(fā)現(xiàn)。埃及伊蚊是一種傳播登革熱病毒和寨卡病毒等重要病原體的蚊子。范里杰的團隊研究了蚊子如何傳播這些類型的病毒。Van Rij說：“我們對蚊子的抗病毒免疫系統(tǒng)做了大量研究?！薄斑@種免疫系統(tǒng)識別病毒的RNA，并將其分解成小塊。在分析病毒感染細胞中的RNA片段時，研究人員帕斯卡米森(Pascal Miesen)和麗貝卡哈爾巴赫(Rebecca Halbach)意外發(fā)現(xiàn)了并非源自病毒的小RNA分子。這些小RNA最終是由細胞自身的衛(wèi)星DNA產(chǎn)生的。我們發(fā)現(xiàn)這非常了不起，所以我們決定進一步研究它。自然出版物?！?

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