“暗物质”DNA影响大脑发育

实验室老鼠帮助研究人员探索令人困惑的“暗物质”DNA。资料来源:Alexander Badyaev/naturepl.com

十多年来，科学家们一直被基因组中的“暗物质”片段(没有明显功能的长链DNA交织在一起)所带来的困惑所困扰。现在，一个团队终于解开了谜题。

这个难题集中在不编码蛋白质但在许多动物中保持不变的DNA序列上。通过删除这些“超保守元素”，研究人员发现这些序列可以微调编码蛋白质的基因表达，从而指导大脑发育。

最近发表在《细胞》杂志上的这项研究可能有助于研究人员更好地理解神经疾病，如阿尔茨海默病。同时，它也验证了所有极端保守元素对生命至关重要的假设，尽管研究人员对它们的功能知之甚少。

编码蛋白质的基因通常具有相对较少的突变，因为如果这些变化干扰了相应的蛋白质并且动物在繁殖前死亡，突变的基因将不会传递给后代。基于这一逻辑，一些基因组学科学家怀疑自然选择能以类似的方式消除极端保守区域的突变。他们认为，即使这些序列不编码蛋白质，它们的功能肯定是非常重要的。

然而，这一假设在2007年遇到了“障碍”。当时，一个团队报告称，剔除了老鼠体内的4种超保守元素，发现这些动物看起来很好，可以正常繁殖。"这个发现令人震惊——这些老鼠应该已经死了。"最新研究的第一作者、劳伦斯·伯克利国家实验室的遗传学家黛安·迪克尔说。

Dickel和他的同事使用CRISPR-Cas9基因编辑工具重新检查了这个问题。他们分别或以不同的组合删除了小鼠中的4种超保守元素。这些元素所在的DNA区域也包含在大脑发育中发挥重要作用的基因。老鼠看起来也很好。然而，当研究人员分解这些啮齿动物的大脑时，他们发现了异常现象。

缺少特定序列的老鼠只有很少数量的脑细胞与阿尔茨海默病有关。另一个极端保守元素缺失的小鼠在一些前脑区域表现出异常情况，这些前脑区域与记忆形成和癫痫有关。“通常，它看起来像一把剑。但是在这些老鼠的大脑中，这把剑是弯曲的。”迪克尔说。

她认为由此导致的认知缺陷可能会危及野生老鼠。因此，这些极端保守区域之间的差异不会扩散到整个人群，因为遭受折磨的个体的繁殖成功率较低。进一步的研究将探索患有阿尔茨海默氏病、痴呆、癫痫或其他神经疾病的人是否在这些以前被忽略的非编码序列中有突变。(宗华)