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Science:比想象中更为复杂的基因调控

来源:ebiotrade / 作者:koo / 2013-10-18

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由于人类和黑猩猩很大程度上共享相同的 DNA,因此一直以来研究人员都采用基因调控变化来研究两者之间的进化分歧。然而现在来自芝加哥大学的科学家们发现,长期以来被视作是基因调控差异标志的 mRNA 表达水平,通常不能反映人类和黑猩猩之间蛋白质表达以及生物学功能差异。这项工作发表在《科学》(Science)杂志上。

芝加哥大学人类遗传学教授Yoav Gilad博士说:“我们本以为我们已经知道了如何识别人类和黑猩猩之间的 mRNA 表达水平差异模式,它们是具有功能重要意义的可靠候选指标。但现在我们看到了这样的 mRNA 模式并没有转换到蛋白质水平,这一意味着它们不大可能影响了功能表型差异。”

为了实现基因表达,必须首先将 DNA 转录为信使RNA( mRNA ),然后 mRNA 编码生成蛋白质,后者是生物学的基本构件也是驱动细胞功能的发动机。尽管人类和黑猩猩之间共享了高度相似的基因组,以往的研究表明在 mRNA 表达水平上两个物种进化产生了较大的差异。其中许多的差异被认为表明了进化分歧的区域,由此指出了对于人类特异性性状至关重要的基因。

为了验证这一说法,Gilad、现任职斯坦福大学的Jonathan Pritchard博士和他们的研究小组,利用高分辨率质谱将人类和黑猩猩细胞系中成千上万蛋白质的表达水平与对应 mRNA 的表达数据进行了比较。

研究小组发现有815个基因 mRNA 表达水平存在差异,而只有571个基因的蛋白质水平存在差异。总的来说,他们发现有266个有 mRNA 差异的基因没有产生蛋白质水平变化。当他们将恒河猕猴细胞系与黑猩猩和人类细胞系进行比较时也看到了相似的结果,从而证实了这一趋势。

“过去其中的一些 mRNA 调控模式被视作是人类重要基因自然选择的证据,现在则不再能够这样认为,”Gilad说。

新研究提出了这样的问题:如果 mRNA 表达水平差异不一定会导致蛋白质差异,那么物种之间存在这种差异的原因是什么?尽管还需要进一步的研究探讨,Gilad认为这项研究表明了蛋白质表达水平的进化相比于 mRNA 水平,通过一种未知的补偿或缓冲机制受到了更大的进化限制。

目前,利用 mRNA 表达水平作为一种基因功能重要性量度的研究还需要重新评估,并且不仅仅是进化研究。

“我们通过研究 mRNA 转录获得了对于复杂疾病的一些认识,但我们的知识中还存在大量的漏洞。或许其中一些就是因为这种不一致所导致,”Gilad说。

原文检索:

Zia Khan, Michael J. Ford, Darren A. Cusanovich, Amy Mitrano, Jonathan K. Pritchard, and Yoav Gilad. Primate Transcript and Protein Expression Levels Evolve under Compensatory Selection Pressures. Science, October 2013; DOI:10.1126/science.1242379

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