四、移位DNA的生物效应
移位DNA广泛存在于真核生物细胞中,人类及哺乳动物基因组中,45%~50%的基因序列由移动的DNA组成。植物中,移位DNA的比例更大,比如,大约90%的玉米基因是由移位DNA组成。在人类,最常见的移位DNA是Alu序列,长度约300个核苷酸,发现在人的基因组中有30万~100万个之多,估计占人基因组的15%~17%。Mariner-like 片段是一种广泛存在于多种生物种类中的一种主要移位DNA,首先在果蝇中发现,在人类估计有14 000多个,组成200多万个核苷酸序列碱基对。细菌中的移位DNA常有另外的功能,如抗药性作用。细菌的移位DNA可以从染色体DNA“跳”到质粒的DNA,或再从质粒的DNA “跳”回到染色体DNA,以此转移并可以形成基因的永久结构成分,在细菌中称为 “Tn 家族”,有编码抗生素耐药性的功能。
DNA片段在染色体上的移动使染色体结构发生变化。当移动转位子插入某一位点后,造成局部染色体DNA重复、缺乏或倒位,而导致基因的重组。移位DNA可以作为重组的位点,在进化过程中,可以产生新的基因,或基因表达的新的调控,可以产生有益的生物效应。另外,当移位DNA插入某个基因位点后,虽不影响基因的正常表达,但也是一种突变形式的表达,可能有利于增强某些物种对环境的适应性。移位DNA的插入,本身通常抑制基因的表达,但有些移位DNA带有增强子,能像RNA病毒一样,使插入位点的基因表达增强。除了在进化中的作用,下列的移位DNA 造成的结果与疾病有关,如当DNA转位子剪切后,留下的DNA序列空隙可能不能被完全正确修复,而发生错误修复;在有丝分裂和减数分裂中,重复序列的多次复制,如Alu序列,可以造成不同等的移位,是染色体重复的主要原因。与移位DNA有关的疾病包括血友病、严重的联合性免疫低下、卟啉症、癌症的遗传特性和肌营养不良症等。资料显示,LINE1 移位到人的第Ⅷ因子上与血友病有关;L1 插入 APC 基因与肠癌有关;这些研究资料指出移位DNA在人类疾病的发生发展中起重要的作用。
移位DNA能否影响受体基因的活性是受表观遗传因素——DNA甲基化的调控,当转位子的某些位点被甲基化,转位子的功能就会灭活,反之转位子的功能就可恢复。转位子基因序列的甲基化不但调控转位子功能的沉默与否,也能影响基因位点表观遗传机制的改变。
为促进移位DNA的研究,一本新的杂志 Mobile DNA已于近年正式发行,正如Haig Kazazian指出:作为基因遗传物质,DNA的发现可能使达尔文吃惊不小,而移位DNA的发现更会使他眼花缭乱!
(何世坤 武丽 苏睿虹)