2019-07-27 15:53:01
与电影编辑和考古学家一样 生物化学家将基因组历史拼凑在一起

与电影编辑和考古学家一样 生物化学家将基因组历史拼凑在一起.jpg

老派的好莱坞编辑剪掉了不需要的电影画面,然后在想要的画面上修补制作电影。通过称为RNA剪接的生化编辑过程,人体每秒可以完成相似数万次的事情。它不是切割薄膜,而是编辑信使RNA,这是产生细胞中发现的许多蛋白质的蓝图。

在他们探索RNA剪接和人类基因组的进化起源和历史时,加州大学圣地亚哥生物化学家Navtej Toor和Daniel Haack结合了单个分子的二维(2-D)图像来重建三维(3-D) RNA的一部分图片 - 科学家称之为第二组内含子。通过这样做,他们发现了与RNA催化相关的大规模分子运动,为RNA剪接的起源及其在地球生命多样性中的作用提供了证据。他们的突破性研究在当前版本的Cell中有所概述。

“我们正试图了解人类基因组是如何从原始祖先开始进化的。每个人类基因都有不需要的框架,必须在基因表达之前去除。这是RNA剪接的过程,”Toor说,化学与生物化学系教授补充说,15%的人类疾病是这一过程中的缺陷造成的。

Toor解释说,他的团队致力于理解70%人类DNA的进化起源 - 一部分由两种遗传因素组成,这两种遗传因素都被认为是从第二组内含子进化而来的。具体而言,构成人类基因组约25%的剪接体内含子是必须在基因表达之前去除的非编码序列。另外45%由来自所谓的逆转录元素的序列组成。这些遗传元件将自身插入DNA并在基因组周围跳跃,通过RNA中间体自我复制。

“研究II组内含子让我们深入了解大部分人类基因组的进化,”Toor说。

与第二组内含子RNA纳米机器一起工作,加州大学圣地亚哥分校的博士后学者和该论文的第一作者Toor和Haack能够从一种生活在高温下的蓝绿藻中分离出II组内含子复合物。

“使用来自高温生物体的II族内含子有助于结构测定,因为该物种的复合物具有先天稳定性,”Haack说。 “这种RNA剪接的演变可能导致地球上生命的多样化。”

Haack进一步解释说,他和Toor发现II组内含子和剪接体具有共同的动态机制,即在RNA剪接过程中移动它们的催化成分。

“这是迄今为止最强有力的证据表明,剪接体是从细菌II组内含子进化而来的,”他说。

此外,研究结果揭示了II组内含子如何通过称为逆转座的过程将自身插入DNA中。这种复制和粘贴过程导致自我的逆转录元件在人类DNA中增殖,构成了大部分基因组。

“这些逆转录元素的复制在塑造现代人类基因组的结构方面发挥了重要作用,甚至与灵长类动物的物种形成有关,”Toor说。

研究人员使用低温电子显微镜(cryo-EM)提取II组内含子的分子结构。他们在一层薄冰中冻结RNA,然后通过这个样本射出电子。根据科学家的说法,电子显微镜可以将图像放大39,000倍。然后将得到的各个分子的2-D图像放在一起,得到II组内含子的3-D视图。

“这就像分子考古学,”哈克描述道。 “第二组内含子是活化石,让我们一瞥复杂的生命在地球上的进化。”

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