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抗病毒蛋白在人类进化之路上或功不可没
来源 : 科学之家   发布时间 : 2016-05-14 12:24

图片说明:天下没有免费的午餐,为了获得抗病毒DNA的机制,人类付出的代价是自己的DNA发生突变。 图片来源:iStock


近日,一项新研究指出,人体以及其他灵长类动物体内的一种抗病毒蛋白会引发基因突变大爆发,这也许加速了人类的进化。

尽管未参与这项新研究,但美国斯坦福大学(Stanford University)的遗传学家Kelley Harris表示,该发现在某种意义上令人惊恐,因为随机突变通常对人体是有害的。不过,这些突变也会“为进化的发生提供原材料”,或令感染病毒的个体进化形成更佳的抗病毒防御机制。另外,该研究并未证实感染病毒时改变自己的DNA对人体有益。

自开天辟地以来,病毒一直在将自己的基因材料插入寄主的基因组中,诱使寄主体内的细胞机制制造更多的病毒。如今,人类基因组中已混杂了这些入侵者,即逆转录酶病毒(RNA病毒的一种)以及转位因子(能在一个DNA分子内或两个DNA分子间移动的片段)。不过,这些入侵者现在只是徒有其表,无法再生成额外的病毒,因为人体含有一组APOBEC蛋白(载脂蛋白B-mRNA编辑酶催化多肽蛋白,一种抗病毒蛋白),会识破形成DNA的特定序列组合(即碱基),然后将病毒DNA中的碱基胞嘧啶(C)转化为碱基尿嘧啶(U),这种从C到U的转变会破坏掉基因功能,从而使病毒DNA发生突变。

2012年,研究人员发现,特定APOBEC蛋白也会在一些肿瘤细胞中发挥相同的作用。参与这项研究的美国康奈尔大学(Cornell University)的计算生物学家Alon Keinan表示,APOBEC蛋白非常活跃,可显著影响肿瘤细胞中的DNA,致使大量基因发生突变,助长肿瘤细胞不加控制地繁殖下去。由于这些肿瘤细胞是人体肺、肾、肝或其他器官中的成分,所以基因突变只会影响肿瘤所在的器官组织。然而,如果APOBEC蛋白在生殖细胞中异常活跃,由于生殖细胞最终会形成卵子或精子,所以这些基因突变则可能会影响下一代,并最终彻底改变人类的进化。

为探究一种名为APOBEC3G(胞嘧啶脱氧酶)的APOBEC蛋白是否影响了人类进化,以色列巴伊兰大学(Bar-Ilan University)的计算生物学家Erez Levanon与Keinan(所在的研究团队专门研究和比较生物体基因组,目的是认识生物体的进化模式)进行了合作。研究小组匹配了现代人、丹尼索瓦人、尼安德特人、黑猩猩的基因组与老鼠、猕猴、红毛猩猩的基因组,以便寻找人类和黑猩猩基因组中从胞嘧啶变为另一种碱基成分的不寻常变化集中区域,他们集中研究了含有APOBEC3G 蛋白集中锁定的DNA片段变化。比如,APOBEC3G 蛋白集中锁定的片段中有一个序列是3个胞嘧啶排成一列,而APOBEC3G蛋白经常会将第3个胞嘧啶转变成另一种碱基成分。

研究小组在黑猩猩和人体基因组中1万个片段中发现了约3.7万个由APOBEC3G 蛋白造成的突变,因为老鼠、猕猴和红毛猩猩的同片段基因中碱基成分为胞嘧啶,而现代人、丹尼索瓦人、尼安德特人和黑猩猩的突变基因则含有其他碱基成分。发现碱基变化的许多片段集中在基因组的关键区域,比如调控基因活动或基因蛋白质编码的区域。此外,许多其他碱基变化可能曾在这些物种进化时发生于生殖细胞中,一些不利变化随着进化可能销声匿迹,而一些有利变化则遗传下来了。Keinan表示,研究结果表明,这种灵长类专有的抗病毒机制也进一步影响和塑造了人类及亲属的基因组。

美国密西根大学(the University of Michigan)的遗传学家Jeffrey Kidd表示,抗病毒机制竟然对所有这些灵长类动物的基因组深有影响,这不禁让人们意识到天下没有免费的午餐,为了获得抗病毒DNA的机制,人类付出的代价是自己的DNA发生突变。那么问题来了:这种双方交易的平衡是如何维系的?

Keinan表示,生物体内或许还会有其他致使基因突变的类似蛋白质,而这项研究的发现只是冰山一角。目前,研究人员正在计算人体多少比例的基因突变归咎于APOBEC蛋白。一个APOBEC蛋白就可以造成数千个突变,然而新生儿的基因组中通常只会发生70个新的突变,因此进化在其中的作用或不容小觑!(科学之家,译审/编辑:YWY)

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