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基因中的同事,親戚和鄰居

人際關系主要4種:同事,朋友,親戚,和鄰居?;蜷g的關系也差不多:“同事”基因:不同基因互相配合,就像工作中的同事。那些關系特別密切的“同事”,常常一起從事非常重要的活動。以P53基因為例,它可以和P21等基因一起,調節細胞的死亡,衰老等過程。有些基因之間關系不是特別密切,就是偶爾互相幫幫忙的朋友。比如P53的表達水平能被MDM2調節,P53也影響MDM2的水平?!坝H戚”基因:屬于同一個家族,結構,功能都類似,常常在不同場合發揮作用,但有時候也可以互相替代。例如P53,P63,P73等基因,就是如此,就像擁有相同姓氏的一家人。那么什么是“鄰居”基因呢?我們知道,基因是存在于染色體上的,所以,在染色質上位置相近的基因,就可以稱為鄰居基因。

基因組組織第一定律:基因之間的關系分為同事,親戚和鄰居。

自從分子生物學誕生以來,“同事”基因的研究成為主流,許多參與重要細胞事件的分子被確定,這些密切聯系的,彼此有著千絲萬縷聯系的基因群體,常常發揮重要的作用,因此這些基因的相互關系被稱為“通路”(pathway)。一些經典的細胞通路早已被確定,并被逐漸深化。比如細胞對外界信號作出反應的MAPK信號通路。這條信號通路包括Ras,RAF,MEK和MAPK等同事?!坝H戚”基因也很火。所謂一人得道,雞犬升天。那些重要的基因的親戚,也常常成為研究的寵兒。比如明星分子P53的親戚P63,P73,都有很深入的研究。和“親戚”基因,“同事”基因不一樣,“鄰居”基因并不被生物學家重視,因為一直以來,人們都是從細胞事件開始研究的,而這些事件中,發揮作用的常常是同事基因。很少有人從基因的定位出發做研究。

事實上,盡管“鄰居”基因現在不受重視,可是在進化過程中,他們曾經是最重要的基因組合方式。想想看,在地球上有生命的開始,只有少數的基因,還沒有染色體的形成,這些基因都是居住在一起,共同進退,就像原始的氏族部落:協同行動,發揮所用的功能??墒请S著基因的發展壯大,他們逐漸搬出舊居,這樣就形成了“親戚”基因。又隨著生活范圍的壯大,很多來自不同家族的基因也會組合在一起,共同完成一項事業,這就形成了“同事”基因。所以,鄰居其實是基因在進化上最早存在的關系。

基因組組織第二定律:所有基因在最初都是鄰居+親戚+同事。

那么,為什么鄰居先后搬走了呢?其實,以鄰居為單位,即是親戚,又是同事,這是最好的組合,能夠保證效率?;蛟诩毎麅韧?,是需要很大的成本的,如果大家都在一起,那就像公司的員工住集體宿舍,用共同的食堂,共同的班車一樣方便。然而壞處也是明顯的,那就是一損俱損,一旦發生某些染色質區域的丟失,這些基因就會都受到影響。就像食堂發生食物中毒,所有員工都沒有辦法上班,工廠就停業了?;蚪M作為一個復雜的體系,每時每刻都會遭遇各種危機,所以分散目標,把不同基因放在不同的位置,就最大程度的減少了危機。不要把所有雞蛋放在同一個籃子里,基因組就是這么做的。

基因組組織第三定律:生物體越復雜,基因之間的關系越疏遠,高等生物中,沒有兩個基因既是同事,又是親戚,又是鄰居。

大家呆在一起風險大,大家都分開效率低?;蚪M需要做的就是在風險和效率之間平衡。所以,確實有既是鄰居又是同事的基因關系。下面就來舉幾個例子。先看鄰居+同班同事:

在罌粟中,一種負責生物堿noscapine合成的10個基因成簇存在1.

9號染色體上的P16和P14都是抑癌基因,他們常常因為DNA上的一種特殊修飾而一起陷入沉默2。

還有鄰居+倒班同事:

人類11號染色體上的H19和IGF2基因就是鄰居,而他們之間涇渭分明。H19表達量很低的時候,IGFR2就很活躍,反之,H19表達量很高,IGF2的表達就下降。就像白班和晚班的出租車司機,很少見面。H19來源于母親的才表達,IGFR2只有從父親那里遺傳來的才能表達。而在很多腫瘤中,H19和IGF2之間表達的早晚班平衡都被打破了,于是天下大亂,成就了腫瘤。H19到底如何發揮作用還不清楚,不過最近發現她似乎能產生很多小RNA。比如在675號小RNA。就像早班司機留在車上的東西會影響晚班司機的心情一樣,H19調控這些小的RNA能夠調控很多別的蛋白質,比如IGFR1。當然也有可能調控IGFR23。

FSTL1和microRNA-198是另外一個例子。他們兩兒壓根就是住在一起的,microRNA-198住在FSTL1的3UTR。microRNA-198是抑制皮膚的回復的,fstl1是促進損傷回復的。當皮膚受到損傷時,microRNA-198就被抑制,而FSTL1則被誘導,皮膚損傷的修復從此啟動4。

基因組組織第四定律:兩個基因既是同事,又是鄰居,而他們在不同時間出沒(表達量此消彼長),那么他們一定是仇人,作用相反。

GWAS發現了很多的DNA變異,這些變異不在某一個基因上,而是在基因的非編碼區,或者在基因之間。這些DNA變異會影響不止一個基因,常常會影響很多基因的表達。他們通過影響基因鄰居從而影響某個細胞事件。所以,可以把這些基因變異作為發現基因鄰居和基因鄰居參與的細胞時間的鑰匙。

同事+鄰居基因發現定律:去看關鍵的GWAS鑒定出來的SNPs。

[1] A Papaver somniferum 10-gene cluster for synthesis ofthe anticancer alkaloid noscapine.Science. 2012 Jun 29;336(6089):1704-8.

[2] Selective association of the methyl-CpG bindingprotein MBD2 with the silent p14/p16 locus in human neoplasia. PNAS April 24,2001 vol. 98 no. 9 4990-4995.

[3] The H19 lincRNA is a developmental reservoir ofmiR-675 that suppresses growth and Igf1r.Nat Cell Biol. 2012 Jun 10;14(7):659-65.

[4]‘See-saw’expressionof microRNA-198 and FSTL1 from a single transcript in wound healing. NatureVolume: 495, Pages: 103–106 Date published: (07 March 2013)


本博醫學美文欄目采集自一些頗有文學造詣的科研工作者,BIOMED只是做采擷編輯工作,不代表北翱言論。

本文引用地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-876720-668550.html

 

 

 
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