人类基因BC200首次被发现“跳跃”进入病毒

康奈尔大学（Cornell University）的研究人员发现，人类基因组中的一个元件——BC200基因，同时具备两种此前从未被同时观察到的特性：它既是大脑功能所需的重要基因，又是一种能够移动并插入基因组的“跳跃基因”。这项研究发表在《科学》（Science）杂志上。

BC200的双重身份

BC200主要表达于神经元中，但起源于数百万年前的一种转座子（transposon），即“跳跃基因”。转座子是一类非编码遗传元件，以能够在基因组中移动和插入而闻名。转座子可以插入基因中的DNA片段并破坏其功能，导致疾病，但从长远来看，它们也可以成为进化中的建设性力量，调控或组装新的有益基因。虽然转座子占人类DNA的一半，但大多数处于失活状态，只有极少数保持移动能力并能在基因组内复制。

“来自转座元件并被重新用于细胞功能的基因，通常不再具有转座能力，”该研究的资深作者、康奈尔大学农业与生命科学学院分子生物学与遗传学系Barbara McClintock教授Cedric Feschotte解释道。“BC200本身是由一个移动元件产生的，但它保留了移动能力，同时显然还在发挥细胞功能。不知何故，进化一直未能将这两件事分开，”Feschotte说。

从病毒基因组中意外发现

研究人员最初在2010年发现了BC200。当时Feschotte是德克萨斯大学阿灵顿分校（University of Texas, Arlington）的教员，Cheng是Feschotte和Pritham联合实验室的博士后研究员。Cheng当时正在使用专业软件和基因组数据库研究病毒基因组中的人类转座子，他在传染性软疣病毒（molluscum contagiosum virus, MCV）中发现了两个BC200插入片段。MCV是一种具有传染性但基本良性的人类痘病毒，会引起疣。尽管团队当时认识到了这一发现的重要性，但并未就此撰写论文。

Feschotte和Cheng最近在一次会议上相遇，Cheng提到他和他的研究生、论文第一作者Pu Gao已经重启了这个项目。“我简直不敢相信我们从未被抢先发表，”Feschotte说。

BC200的前体在大约4000万年前从一种古老转座子被招募到共同灵长类祖先中，并在现代人类历史中（自智人时代以来）两次跳入MCV，大约在10万年前。

转座子与病毒的历史案例

研究人员发现，一种新的DNA测序技术可用于研究转座子如何在基因组内移动和结合。此前还有其他已记录的跨物种转座元件插入病毒的案例。20世纪80年代末，研究人员在实验室环境中首次记录了转座子从培养的蛾细胞跳入已知感染昆虫的杆状病毒。“据我所知，这是转座子逃离宿主基因组跳入病毒的第一个明确例子，”Feschotte报告说，“这引出了一个想法：如果病毒能够跨越物种边界，那么你可能就有了一种机制，让这些元件跨物种传播。”

然后在2007年，日本的一个研究小组发现了一个嵌入啮齿动物痘病毒中的转座元件，尽管该转座子起源于蛇，这提高了该病毒也感染爬行动物的可能性，尽管此前从未被研究过。“我认为[当时]这是野生环境中明确脊椎动物转座元件逃逸到病毒中的第一个也是唯一一个案例，”Feschotte补充道。

BC200的功能与疾病关联

BC200仅存在于人类和相关灵长类动物中，于20世纪80年代末作为人类神经元中丰富的非编码RNA被发现。尽管BC200的生理功能尚不清楚，但有证据表明它可能参与调节神经元信使RNA翻译成蛋白质的过程。它也在生殖细胞——精子和卵子——中以低水平存在，使其有可能在基因组其他区域产生可遗传的插入。

研究人员还怀疑它在皮肤细胞中跳跃，因为皮肤细胞是已知唯一被MCV感染的细胞。该基因还在某些肿瘤中异常表达，并在阿尔茨海默病患者的大脑中过表达，表明其跳跃能力也可能在这些疾病中发挥作用。

Feschotte表示，他和同事希望探索MCV是否利用BC200来操纵人类宿主细胞。他们还对更好地理解该基因在疾病中的作用感兴趣，例如在乳腺癌和其他类型肿瘤中异常表达，以及它是否在癌细胞中跳跃并导致突变。

来源：BioTechniques（英文原文，生物航编译，内容以原文为准）