直到现在，很少有人知道转座子是如何促进基因调控的。 这些小片段的 DNA 可以自我复制，并在基因组中扩散。 虽然它们构成了人类基因组的近一半，但是它们常常被忽视，被普遍认为是“无用的垃圾” ，在细胞活动中只起到很小的作用，如果有的话。 密歇根大学的 Adam Diehl，Ningxin Ouyang 和 Alan Boyle 以及 U-M 中心的成员进行了一项新的研究表明，转座子在调节基因表达中起着重要作用，并具有加深人们对遗传进化的理解的意义。
转座子在细胞周围移动，而且，不像以前认为的那样，这篇论文的作者发现，当转座因子到达不同的位置时，转座因子有时会改变 DNA 链在三维空间的相互作用方式，从而改变三维基因组的结构。 基因组中三分之一的3 d 接触实际上来自转座因子，导致这些区域对循环变异的巨大贡献，并证明了它们在遗传表达和进化中非常重要的作用。
决定三维结构的主要成分是一种叫做 CTCF 的蛋白质。 这项研究特别关注转座因子如何创建新的 CTCF 位点，反过来，劫持现有的基因组结构，形成新的3 d 接触的基因组。 作者指出，这些通常会产生可变的循环，可以影响细胞中的调节活动和基因表达。 这些发现是在人类细胞和小鼠细胞中观察到的，表明了转座因子是如何促进种内变异和种间分化的，并将指导包括基因调控、调控进化、循环分化和转座子生物学在内的进一步研究工作。
为了简化这项工作，作者开发了一个软件，MapGL，来跟踪物种间短基因序列的物理增减。 例如，存在于最共同祖先中的序列可能在某个地方丢失了，或者相反，可能在共同祖先中缺失，但后来在人类基因组中获得。 Mapgl 能够预测物种之间结构变化对进化的影响，并使这种分析更容易理解。 在这篇论文中，他们的输入是一组 CTCF 结合位点，这些位点被 MapGL 标记，表明序列增减过程解释了人类和小鼠之间 CTCF 结合的许多差异。
拥有计算机科学和分子生物学背景的艾伦 · 博伊尔解释说，他一直对基因调控很感兴趣。 “这就像一个复杂的电路: 通过改变基因组的三维结构来扰乱基因调控可能会产生非常不同和广泛的结果。”
对亚当 · 迪尔来说，这项研究延续了始于19世纪晚期的伟大发现，当时科学家们首次通过显微镜观察染色体的形状。 他们观察了细胞之间的形状差异，并注意到母细胞和子细胞核内的形状保持不变。
几十年后，在他的母校康奈尔大学发现了转座因子: 跳跃基因可以改变玉米植株的表型。 在70年代，由于人类和黑猩猩之间的基因非常相似，无法解释物种之间的差异，科学的焦点转移到了基因如何被使用上。 对于 Diehl 来说“能够综合所有这些知识，并为物种进化史的下一步做出贡献，这是非常令人兴奋的。”
这个研究小组将进一步研究转座因子对3 d 基因组的影响，但这次研究的重点是单一人群样本，而不是跨物种。 接下来的步骤将包括使用一种新的测序方法进行实验性跟踪，该方法能够识别不同人群中可变的转座子插入。 这种方法是与密歇根大学的 Ryan Mills 的实验室合作开发的。 预计下一步的研究结果将进一步了解转座因子的调节作用，并可能应用于神经退行性疾病。
故事来源:密歇根大学
