韓國科學(xué)技術(shù)院 (KAIST) 及其合作者針對人類大腸整個基因組中的“跳躍基因”開展了一項開創(chuàng)性研究。該研究于 2023 年 5 月 18 日發(fā)表在《自然》雜志上，揭示了“長散布核元件 1 (L1)”的驚人活性，這是一種以前被認(rèn)為在人類基因組中大部分處于休眠狀態(tài)的跳躍基因。該研究表明，L1 基因可以在一個人的一生中被激活并破壞基因組功能，特別是在結(jié)直腸上皮細胞中。(論文標(biāo)題：Widespread somatic L1 retrotransposition in normal colorectal epithelium,https://www.nature.com/articles/s41586-023-06046-z)
L1 跳躍基因約有 500,000 個，占人類基因組的 17%，長期以來，它們通過對基因組序列引入“顛覆性創(chuàng)新”，為人類物種的進化做出了貢獻。直到現(xiàn)在，人們認(rèn)為大多數(shù) L1 元素已經(jīng)失去了在現(xiàn)代人類正常組織中跳躍的能力。然而，這項研究表明，一些 L1 跳躍基因可以在正常細胞中廣泛激活，導(dǎo)致基因組突變在個體的一生中積累。L1 跳躍的速率和由此產(chǎn)生的基因組變化因不同細胞類型而異，在老化的結(jié)腸上皮細胞中觀察到顯著的濃度。該研究表明，每個結(jié)腸上皮細胞平均在 40 歲時都會經(jīng)歷一次 L1 跳躍事件。
該研究由共同第一作者 Chang Hyun Nam(KAIST 研究生)和 Jeonghwan Youk 博士(KAIST 前研究生和首爾國立大學(xué)醫(yī)院臨床助理教授)領(lǐng)導(dǎo)，涉及對來自從 28 個個體的皮膚(成纖維細胞)、血液和結(jié)腸上皮組織中獲得的 899 個單細胞。該研究揭示了正常細胞中 L1 跳躍基因的激活，導(dǎo)致基因組突變隨時間逐漸積累。此外，該團隊探索了表觀基因組(DNA 甲基化)序列，以了解 L1 跳躍基因激活背后的機制。他們發(fā)現(xiàn)具有激活的 L1 跳躍基因的細胞表現(xiàn)出表觀遺傳不穩(wěn)定性，表明表觀遺傳變化在調(diào)節(jié) L1 跳躍基因活性方面的關(guān)鍵作用。大多數(shù)這些表觀基因組不穩(wěn)定性被發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在胚胎發(fā)生的早期階段。該研究為人類結(jié)直腸組織的衰老過程和疾病發(fā)展提供了寶貴的見解。
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