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Cell:DNA重组在人类基因组中广泛存在,与发育和疾病都有关联

日本理化研究所综合医学科学中心的科学家与世界各地的其他研究人员合作发现,在我们每个细胞的基因组中重复数百万次的特定基因组序列重组,在正常和疾病状态下都普遍存在。确定导致这种无数次重组的机制,包括曾经被认为是“垃圾”的DNA序列,可能对理解我们的细胞如何发育以及什么会使它们不健康至关重要。

随着DNA的发现,人们长期以来一直认为,我们体内所有的细胞都有相同的遗传密码,被安全地保护在细胞核内。然而,现代DNA测序技术的进步对这一观点提出了挑战:我们现在知道,突变从发育的非常早期阶段就开始在单细胞的基因组中积累。然而,这一现象的严重程度以及它是如何导致疾病的还没有得到很好的理解。

在这项发表在《细胞》杂志上的研究中,作者研究了某些重复的基因组序列,称为Alu和L1,并开发了一种方法来研究这些在每个细胞的基因组中重复数百万次的特定DNA序列。人们已经知道,它们会相互重组,产生在癌症和其他遗传疾病中常见的突变。通过分析未受疾病影响的献血者的DNA,研究人员发现了数百万个由这些重复序列重组引起的DNA突变,并进一步发现体内不同组织具有不同的重组特征。

研究人员还发现,人类干细胞向神经元细胞的分化伴随着重复序列重组的明显变化。这表明这种特殊类型的DNA突变可能是一种涉及人类发育的生理现象。

最后,研究人员研究了阿尔茨海默症和帕金森症患者样本中重复序列的重组,这两种疾病在发达国家是最显著的神经退行性疾病。他们发现了每种疾病特有的重组特征,这表明由这些重复序列引起的基因组重组与大脑疾病有关。

该研究的第一作者Giovanni Pascarella说:“我们在这项研究中表明,人类基因组中重复元素的重组是一种普遍的现象,它导致了构成我们基因组的基因组变异的复杂组合。”

该研究的首席研究员和共同通讯作者Piero Carninci说:“我们假设,体细胞中Alu和LI的随机重组可能会偶尔启动单个细胞脆弱位点的基因组,并驱动从健康状态到病理状态的转变。”

“然而,”他继续说,“在这一点上很难知道的是,确定疾病中的重组是真正的病因,还是它们是疾病状态的影响。我们需要做进一步的研究来理解这个重要的问题。”

文章标题

Recombination of repeat elements generates somatic complexity in human genomes


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