重大突破:删除一段DNA改变性别

文章作者:bianji3 | 2018-07-03
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  人类基因组计划已经取得了决定性成功。正全面进入信息提取与数据分析的崭新阶段;人类的遗传语文将被逐渐释读出来,功能基因组和蛋白质组的研究将广泛开展,遗传信息与生物体代谢,发育,分化,进化之间的关系也将逐步被人类所认识。

  小时候在一本科普书上读到,红鲷鱼群中只有一条雄鱼,当这条雄鱼离开群体,群体中就会有一条雌鱼慢慢变成雄鱼。

  本周《科学》杂志发表的一项研究又让我的世界观狠狠动摇了一下,原来在生理性别的分岔路口,站着的就是一段仅有五百来个碱基长的“垃圾基因”!

  这项研究来自英国弗朗西斯克里克研究所,Robin Lovell-Badge教授团队,研究者们找到了一个神奇增强子Enh13,它直接作用于最重要的性别决定蛋白基因Sox9,只要去除这一个并不编码任何蛋白的“垃圾基因”,染色体组成为XY的雄性小鼠,就会发育成具有全套雌性生殖器的“雌性”!

这两只小鼠都具有雌性的外生殖器,可是你猜猜哪只是XY那只是XX呢?

  在“性别是怎么来的”这个问题上,Robin Lovell-Badge教授有着十成十的发言权。1991年,他带领的团队发现了哺乳动物Y染色体上的性别决定基因Sry。这个基因编码的蛋白叫做性别决定区域Y蛋白(SRY),也叫做睾丸决定因子(TDF)。看这个蛋白的名字就知道了,它会影响睾丸等雄性生殖器的形成。

  SRY作为一个转录因子,做的最重要的工作就是调控Sox9。Sox9通过与下游的一系列基因作用,直接控制雄性发育的起始,也就是雄性生殖器的出现。

  在人类中,Sox9杂合缺陷导致的疾病叫做丘脑发育不良(campomelic dysplasia),70%的男性(XY)患者都会表现出女性性状。

  其实呀,在早期发育过程中,有关性别的部分是很模糊不清的,那些细胞具有两性的分化潜能,既有可能长成睾丸,也有可能长成子宫。如果不对发育过程加以干涉,那么所有胚胎其实都会长成雌性,这个世界就会只有女孩子了。

  在这个过程中,还有很多“垃圾基因”在发挥作用。

  所有DNA中,编码蛋白的DNA实际只占2%,剩下的98%都好似并不工作。科学家很长一段时间里都想不通这些DNA到底有啥用,于是就把它们叫做“垃圾基因”。

  当然现在我们了解到,这些非编码DNA也有它们自己的岗位,例如我们今天要说的增强子,就是一种增加基因转录频率的DNA序列。

  在整个基因组内,大约有100万个增强子调控近21000个基因。按照这个比例,Sox9也一定有不少的“支援者”,分布在200万个碱基对之间[7]。

  为了找到其中作用最强的一个,Robin Lovell-Badge教授和同事们综合使用了多种测序技术,对早期胚胎发育过程中的基因进行了筛查,从无到16再到1,确定了唯一那一段必不可少的基因。

  这段DNA名为Enh13,它很小,只有557bp长,距离Sox9也很远,隔了50万个以上碱基对。就是这么一个小小的基因,竟然决定了性别到底“是男是女”!

  研究者尝试敲除了XY小鼠胚胎的Enh13,惊讶地发现Sox9蛋白水平竟然降到了正常情况的25%以下!

  这个水平不由得让研究者们猜想,这些XY小鼠长大后,怕是要变成“小姑娘”喽[6]!

  果然,长大成鼠以后,XY小鼠和XX小鼠根本傻傻分不清楚,它们不光外生殖器一个模样,身体内也都完整地长着一套属于雌性的生殖器官!

  特别要强调的是,Enh13在哺乳动物中是相当保守的,并且与很多性别发育相关转录因子都有结合位点,我们有理由认为Enh13在人类发育中同样有着如此关键的作用。

  Robin Lovell-Badge教授表示:“我们首次证明改变DNA的非编码区就能够逆转性别。”

  “我们认为Enh13可能与人类性别发育障碍有关,并可能用于帮助诊断这些病例。”

  他还说道,至少一半人类发育障碍遗传原因不明,对这类患者的分析主要集中在编码基因部分,忽略了非编码基因。

  第一作者Nitzan Gonen博士也表示,单个增强子就能够控制性别这样极为重要的事件,实在是很不可思议。

  现在看来,我们得好好研究下那98%的“垃圾基因”里还藏着什么瑰宝了……

  科学家门表示,他的团队已经开始调查自己患者的基因组,看看他们无法解释的性别问题是否能够追踪到这一“开关”上。

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