《PNAS》垃圾DNA序列在衰老、癌症中的潜在作用
美国华盛顿州立大学药学院Jiyue Zhu教授领导的一个研究小组最近发现了一个名为VNTR2-1的DNA区域，该区域似乎驱动端粒酶基因的活性，该基因已被证明可以防止某些类型的细胞衰老。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
端粒酶基因控制着端粒酶的活动，端粒酶帮助产生端粒，端粒是位于每条DNA链末端的帽子，保护我们细胞内的染色体。在正常细胞中，每次细胞分裂前复制DNA时，端粒的长度就会缩短一点。当端粒变得太短时，细胞就不能再繁殖，导致它们衰老和死亡。然而，在某些细胞类型中——包括生殖细胞和癌细胞——端粒酶基因的活动确保了DNA被复制时端粒被重置为相同的长度。从本质上说，这就是在新后代中重新启动衰老时钟的原因，但这也是为什么癌细胞可以继续繁殖并形成肿瘤的原因。
了解端粒酶基因是如何调控和激活的，以及为什么它只在某些类型的细胞中活跃，可能在某一天成为了解人类如何衰老以及如何阻止癌症扩散的关键。这就是为什么朱在过去20年的科学家生涯中只专注于研究这种基因。
Zhu说，他们最近发现，VNTR2-1有助于驱动端粒酶基因的活动，这一发现特别值得注意，因为它所代表的DNA序列类型。
“我们几乎50%的基因组是由不编码蛋白质的重复DNA组成的，”Zhu说。“这些DNA序列往往被认为是'垃圾DNA’或我们基因组中的暗物质，它们很难研究。我们的研究表明，其中一个单元实际上具有增强端粒酶基因活性的功能。”
他们的发现基于一系列实验，这些实验发现，删除癌细胞的DNA序列——无论是人类细胞系还是小鼠——会导致端粒缩短，细胞衰老，肿瘤停止生长。随后，他们进行了一项研究，观察了高加索人和非裔美国百岁老人以及佐治亚百岁老人研究(Georgia Centenarian study)中对照组参与者的DNA样本序列的长度。该研究在1988年至2008年期间跟踪调查了一组100岁或以上的人。研究人员发现，序列的长度从短至53个DNA重复或复制到长至160个重复。
Zhu教授说:“它的差异很大，我们的研究实际上表明，端粒酶基因在序列较长的人体内更活跃。”
由于非常短的序列只在非裔美国参与者中发现，他们更仔细地观察了这一组，发现与对照组参与者相比，具有较短VNTR2-1序列的百岁老人相对较少。然而，Zhu教授表示，值得注意的是，序列较短并不一定意味着寿命较短，因为这意味着端粒酶基因的活性较低，端粒长度较短，这可能会降低患癌症的可能性。
“我们的发现告诉我们，VNTR2-1序列有助于我们衰老和癌症的遗传多样性，”Zhu说。“我们知道致癌基因——或癌症基因——和肿瘤抑制基因并不能解释我们患癌症的所有原因。我们的研究表明，这种情况比致癌基因的突变要复杂得多，这有力地证明了我们应该扩大研究，更仔细地研究这种所谓的垃圾DNA。”
Zhu指出，由于非裔美国人已经在美国生活了好几代，他们中的许多人都有白人祖先，他们可能从白人那里继承了一些这种基因序列。所以下一步，他和他的团队希望能够在非洲人群中研究这种序列。
除了Zhu，论文的作者还包括华盛顿州立大学的共同第一作者Tao Xu和De Cheng等人，以及他们在中国东北林业大学、宾夕法尼亚州立大学、北卡罗来纳州立大学的合作者。
参考文献
Polymorphic tandem DNA repeats activate the human telomerase reverse transcriptase gene