进化:它是如何拼接

当基因被首次发现,规范化的观点是,每个基因编码一种独特的蛋白质。然而,生物学家后发现基因的片段可以以不同的方式相结合,形成许多不同的蛋白质。

这种现象,被称为替代RNA拼接,经常改变的输出信号网络在不同组织和可能贡献不成比例的物种之间的差异,根据一项新的研究来自麻省理工学院的生物学家。

在分析大量的基因数据,研究人员发现,相同的基因表达在同一组织类型,如肝脏和心脏,在哺乳动物物种。然而,可变剪接模式——确定这些基因的片段中包含或排除,因物种的不同而异。

“核心东西让心脏心大多是由heart-specific基因表达的签名。但核心东西让一只老鼠一只老鼠可能不成比例来自拼接模式不同于那些老鼠或其他哺乳动物”克里斯•伯吉斯说,麻省理工学院生物学和生物工程教授和资深作者的一篇论文发现在12月20日在线版的科学。

论文的第一作者是麻省理工学院生物学研究生杰森叫法。其他作者凯特琳·拉塞尔,Burge前技术员的实验室,平陈,参观麻省理工学院的研究生。

各种各样的蛋白质

替代RNA拼接(麻省理工学院教授菲利普·夏普的发现分享了1993年诺贝尔医学或生理学奖),控制蛋白质编码的基因的组合。在哺乳动物中,基因-由存储在细胞核DNA包含许多短段称为外显子和内含子。DNA复制到一个RNA转录后,所有内含子,经常有些外显子切除前信使核糖核酸(mRNA)离开细胞核,携带指示特定的蛋白质。

这个过程允许细胞创建一个更广泛的各种各样的蛋白质比可能如果每个只有一个蛋白编码基因。一些蛋白质,包括在果蝇和人类neurexin Dscam,有成千上万的替代形式。这些变异蛋白可以有截然不同的函数,伯吉斯说。例如,完整版的蛋白质可能与DNA结合,另一端是激活DNA转录在另一端。如果一个或者拼接形式缺失激活部分,它将争夺绑定到相同的DNA区域完整的蛋白质,防止激活转录。

mRNA在2008年,伯奇和他的同事分析了来自10个不同的人体组织,发表他们的研究结果在《自然》,发现几乎每一个基因或者拼接。此外,大多数可变剪接不同组织中被发现。

在新的研究中,研究人员将组织来自几个不同哺乳动物——恒河猴,老鼠,老鼠和牛——以及一种鸟类,鸡肉。对于每一个物种,研究人员分析了九种不同类型的组织(大脑、结肠癌、心脏、肾、肝、肺、肌肉,脾脏和睾丸)从三个个体,测序一万亿多基地的mRNA。

使用新的高速测序技术,研究人员分析了基因表达和可变剪接模式在每个组织样本。他们发现基因表达模式在组织极其相似,无论组织来自哪些物种。即基因活跃在肾组织从老鼠几乎相同的打开奶牛的肾脏组织。

“这不是一个大惊喜,”伯吉斯说。“这是一致的基因表达模式实际上决定了组织的识别。你需要表达特定的结构和运动蛋白如果你肌肉细胞,,如果你是一个神经元表达特定的突触蛋白。”

可变剪接模式比较的结果是非常不同的。集群的组织,而不是主要由物种聚集模式。“不同的组织从奶牛看起来更像另一牛组织,拼接,比像鼠标或鼠中相应的组织或恒河,”伯吉斯说。

因为拼接模式更特定于每个物种,看来剪接可能贡献优先这些物种之间的差异,伯吉斯说。“拼接似乎更具延展性较短的进化时间表,并可能导致物种不同,帮助他们适应以不同的方式,”他说。

这项新研究是第一个大规模努力看看可变剪接的作用在进化,Brenton Graveley说遗传学和发育生物学教授康涅狄格大学健康中心。“它提供了很多新的见解可变剪接的潜在作用推动物种之间的差异,”Graveley说他并没有参与这项研究。

新功能

研究人员还发现,可变剪接的主要功能是添加和删除短蛋白质片段包含一个或多个磷酸化网站。磷酸化(添加一个磷酸分子)是一种很常见的细胞激活或取消激活蛋白。

当一个变体形式的蛋白质缺乏一个关键磷酸化的网站,它可能会失去最初的功能形式。磷酸化也可以直接蛋白质在细胞内的不同位置,这可能改变其功能。

拼接模式的变化也有助于修改控制大多数细胞信号网络活动。这些网络通常由磷酸化蛋白质的参与网络,其中许多可以或者拼接。“你可以想想重新布线信号网络所以他们控制不同的输出。拼接可以添加一个新的输出或删除它的修复方式,”伯吉斯说。

研究人员还发现了数千个新的替代外显子在每个物种,并且现在学习这些外显子如何进化和探索其潜在功能。

研究是由Broad研究所SPARC格兰特,美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会。