被视为“化石”的垃圾DNA，其实是衰老和致癌的幕后推手

Published 15 May.2023 11:42(KST)

KAIST-首尔大学-高丽大学联合研究成果
全球首次证实，刊登于《Nature》5月10日版

我国研究团队首次发现，人类基因组中被认为毫无用处而“化石化”的“垃圾DNA”（junk DNA），与衰老和癌症发生有关。

韩国科学技术院（KAIST）15日表示，医科科学研究生院教授 Joo Youngseok 研究团队与首尔大学医院外科教授 Kim Minjeong、高丽大学医学院教授 Kwon Hyunwoo 研究团队共同合作，阐明了由于“L1跳跃基因”活化而引发的人类结肠上皮细胞基因组破坏现象。

人类通常用于合成蛋白质的功能性基因仅占全部碱基序列的大约1%，其余约99%的基因组区域功能尚不明确，因此被称为“无用DNA”，即“垃圾DNA”。其中约六分之一为L1跳跃基因，如果被激活，可能破坏或干扰细胞的遗传信息，因此一直被认为在人体进化过程中已失活（化石化）。但研究团队首次确认，L1跳跃基因会被激活，并且与衰老和致癌过程相关。

本研究已于上月10日在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。

在人体内，L1跳跃基因的活化可以在基因组序列中引发“破坏性创新”，被认为促进了人类物种的进化过程。但从个体角度看，L1跳跃基因的活化会促进细胞基因组破坏以及癌症等疾病的发生，不利于生存，因此一直认为在现代人类体内，大多数L1跳跃基因已经失活（化石化）。

图片来源 KAIST提供

本研究表明，与这种普遍认知不同，部分L1跳跃基因目前仍可在特定组织中被激活，并在衰老过程中频繁产生基因组突变，这一点已被清晰证实。该研究被评价为为理解细胞衰老及癌症发生过程提供了新的视角。

研究团队利用生物信息学方法，分析了从28名个体的皮肤（成纤维细胞）、血液及结肠上皮组织中获取的共899个单细胞的全基因组（whole-genome sequencing）序列。由L1跳跃基因引起的突变频度因细胞类型不同而差异巨大，主要在老化的结肠上皮细胞中被发现。研究团队确认，由L1跳跃基因活化引起的结肠上皮细胞基因组突变，自出生前的胚胎发育阶段起，贯穿一生持续发生。研究显示，40岁个体的结肠上皮细胞平均至少携带1处由L1跳跃基因引起的突变。

为追踪L1跳跃基因的活化机制，研究团队不仅分析了DNA，还同时确认了表观基因组（DNA甲基化）序列。在L1跳跃基因被激活的细胞中，发现了表观基因组的不稳定性，由此揭示表观基因组的变化是调控L1跳跃基因活性的“开关”。通过追踪细胞的胚胎发生过程，研究提出，这种表观基因组不稳定性大多在早期胚胎发育阶段形成。