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2018
03-15

病毒战士可能在人类进化过程中发挥了关键作用


根据一项新的研究,

在人类和其他灵长类动物中的病毒战斗蛋白触发爆炸的基因突变,可能加快了我们物种的进化。

加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学的遗传学家凯利哈里斯说:“从某种意义上说,这是可怕的,他没有参与这项工作。随机突变通常是有害的。但可能会有一线希望:她说,这些变化也“为进化发生提供了原材料”,并且可能使病毒受到围攻的人得到更好的抗病毒防御。 “这篇论文并没有证明,当人类感染病毒时,它们对自己的DNA有所突变是有益的,但这是一个有趣的可能性。”

自从时间开始以来,病毒一直在将它们的遗传物质插入他们的主人,欺骗细胞的机器制造更多的病毒。今天,我们的基因组被充斥着这些被称为逆转录病毒和转座因子的闯入者,但是现在很多人都坐在那里,无法再生成自己的副本。这是因为我们的身体有一组突变这种DNA的蛋白质。这些所谓的APOBEC蛋白质寻找构成DNA(称为碱基)的字母的某些组合,并且在病毒起源的DNA中,将碱基胞嘧啶化学转化为碱基尿嘧啶 - 遗传字母表中的变化从C到U可以破坏一个基因。

2012年,研究人员发现某些APOBEC蛋白在一些癌细胞中也具有相同的功能。康奈尔大学计算生物学家Alon Keinan说:“你可以看到它们非常活跃并且极大地影响了肿瘤中的DNA,引起了许多可能进一步导致细胞失控增长的突变。因为这些癌细胞是肺部,肾脏,肝脏或其他器官的一部分,所以突变仅影响这些组织。但是如果APOBEC蛋白在生殖细胞中有活性 - 那些注定要成为卵子和精子的细胞 - 那么这些突变可能会影响后代,并最终改变进化过程。

为了研究这种APOBEC蛋白是否属于这种情况,APOBEC3G,以色列Ramat Gan的Bar-Ilan大学的计算生物学家Erez Levanon联系了Keinan,Keinan专门研究比较基因组以辨别进化模式。该小组将一个现代人,一个Denisovan,一个尼安德特人和一只黑猩猩的基因组与一只小鼠,一只恒河猴和一只猩猩的基因组进行匹配,以寻找人和黑猩猩基因组中的位置,一个胞嘧啶转移到另一个基地。他们只关注APOBEC3G蛋白质最喜欢的序列目标与DNA片段的变化。例如,一个这样的喜爱是一连串三个Cs; APOBEC3G蛋白经常将第三个C换出不同的碱基。

总之,研究人员在黑猩猩和人类基因组的10,000个簇中发现了约37,000个突变,他们认为这些突变是由这些蛋白引起的,他们今天在 Genome Research 报告。这些突变是猩猩,猕猴和小鼠中的Cs,但是在其他四种物种中都是不同的碱基。许多簇位于基因组的关键位置,例如对调节基因活性或基因的蛋白质编码部分非常重要的区域。例如,他们在编码区发现的超过33%的碱基改变也改变了它的蛋白质产物。在这些物种进化过程中,种系中可能发生了许多其他变化,有害的可能消失,而那些提供了一些生存益处的则持续存在。 “这表明这种灵长类特异性的抗病毒机制也导致了我们和我们亲属的基因组的形成,”Keinan说。

Ann Arbor,密歇根大学遗传学家Jeffrey Kidd说:“看到这些对所有这些灵长类动物基因组的影响,这是令人惊讶的。”Ann Arbor的密歇根大学遗传学家Jeffrey Kidd没有参与这项工作。 “这让我们意识到没有任何东西是免费的,”他说,有一种阻止病毒DNA的机制是我们自身DNA的破坏。 “它提出了这种平衡如何解决的问题。”

有相关的蛋白质可能会引起突变; “这可能只是冰山一角,”凯南说。他和他的同事们现在正在计算这个基因变化的百分比 使我们人类是由APOBEC蛋白引起的。通常情况下,新生儿预计在其基因组中会有70个新突变,但只有其中一种蛋白“可以引入数千个潜在的蛋白”,并且在一代人中很接近,而且在一代中,Keinan说。

这就是大量用于进化的新材料。