Nature重要發現：跳躍基因的攔路虎

　　一個稱之為組蛋白的蛋白質家族為DNA提供了支持和并賦予其結構，然而多年來科學家們一直對其中的一些非常規組蛋白感到迷惑不解，它們似乎是因為特殊而又通常神秘的原因而存在。現在，研究結果揭示出了這樣一種組蛋白變體的新用途：通過讓某些所謂的“跳躍基因”待在合適的位置阻止了遺傳突變。

　　這項由洛克菲勒大學發起，發表在5月4日《自然》（Nature）雜志上的新研究，揭示出了表觀遺傳學通過DNA以外的手段來發揮作用的一種基本機制。由于組蛋白與DNA關系密切，科學家們知道它們常常參與基因的表觀遺傳調控已有一段時間。在這個案例中，一種特殊的組蛋白變體似乎降低了干細胞中潛在有害改變發生的機會，這些干細胞最終可以生成構成生物的各種組織類型。

　　研究作者、染色質生物學和表觀遺傳學實驗室主任及教授C. David Allis說道：“人們說，好東西總是不起眼。組蛋白變體尤其如此。這項研究發現與常規H3組蛋白略有不同的組蛋白變體H3.3，幫助阻止了某些遺傳元件（由遠古的病毒感染留下的殘余物）在基因組中四處移動。表觀遺傳學在分子水平上到底是如何起作用？這一研究發現為我們仍然在不斷拓展的這方面的知識做出了重要的補充。”

　　組蛋白充當DNA環繞的線軸，為DNA提供了支持并賦予了它結構。這些組蛋白發生化學修飾可以改變基因的表達，使得它們更加容易表達或是通過壓緊 DNA-蛋白質復合物沉默了它們。古怪的H3.3與它的常規相似物H3只有幾個氨基酸的差異。由于它存在于整個動物王國中，一段時間以來科學家們一直懷疑 H3.3發揮了特異的生物學作用。

　　研究作者、Allis實驗室的Simon Elsasser和Laura Banaszynski一開始在干細胞中檢測了H3.3在小鼠基因組上沉積的位點。Elsasser想到了在重復序列上尋找H3.3；然而全基因組研究通常會忽略掉重復序列。因此，Elsasser開發了一種新方法來捕捉這一信息。

　　研究結果顯示出一種模式：H3.3出現在某種類型的重復序列——反轉錄轉座子上。反轉錄轉座子是古老的病毒感染留下的一些殘余物。不同于它們的祖先病毒，反轉錄轉座子被困在宿主基因組中，但它們仍然可以復制自身，并跳躍到宿主基因組中的新位點。有時進化會為它們找到一種新用途。例如，一些由反轉錄轉座子衍生的基因編碼了哺乳動物胎盤必需的蛋白質。但當反轉錄轉座子跳躍時，它們可以引起有害突變。

　　在探索染色質對調控基因表達所起作用的這類研究中，科學家們通常采用小鼠胚胎干細胞。相比于分化細胞，干細胞的染色質景觀更具可塑性，反映了它們具有進入到眾多基因表達程序的任一種程序中，生成成體生物體內成百上千不同細胞類型的能力。一旦細胞開始選擇了一種身份，不為這種身份所需的基因組組成部分就會被永久關閉。在這項研究之前，科學家們知道了小鼠干細胞使得基因組的大部分能夠被接近，但卻通過給反轉錄轉座子加上H3K9me3化學標記物抑制了它們。

　　Banaszynski完成的一些初期實驗表明，H3.3是放置這些抑制性“三甲基”標記的必要條件。Banaszynski說：“通過除去負責將H3.3放置到染色質中去的蛋白質或是完全消除H3.3，我們證實這種三甲基化依賴于H3.3。”

　　“此外，在缺失H3.3的細胞中反轉錄轉座子變得更加的活躍，在這些細胞中我們看到了染色質異常。或許通過沉默反轉錄轉座子，H3.3阻止了這些異常，但我們不能排除這種可能性：即H3.3喪失因為其他的原因導致了這種基因組失穩。”

　　Banaszynski說：“盡管這些實驗中研究的反轉錄轉座子類型在人類中不活躍，有可能人類干細胞也利用了H3.3來讓其他種類的跳躍基因待在合適的位置。”

　　這項研究的意義超越了表觀遺傳學。“這項研究還暗示了一個有趣的生物學問題：細胞是如何平衡反轉錄轉座子一類的可移動元件的潛在進化利益，以及沉默它們來維持基因組這一競爭需求的？”她說。