研究发现“垃圾DNA”序列在衰老、癌症中的潜在作用

由药学与药学科学学院(College of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences)教授朱吉岳(Jiyue Zhu)领导的研究小组最近发现了一个名为VNTR2-1的DNA区域，它似乎可以驱动端粒酶基因的活性，而端粒酶基因已被证明可以防止某些类型细胞的衰老。这项研究发表在该杂志上美国国家科学院院刊（PNAS）.

端粒酶基因控制着端粒酶的活性，端粒酶有助于产生端粒，端粒是每条DNA链末端的帽子，保护着我们细胞内的染色体。在正常细胞中，每次细胞在分裂前复制DNA时，端粒的长度都会变短一点。当端粒过短时，细胞就不能再繁殖，导致它们衰老和死亡。然而，在某些类型的细胞中——包括生殖细胞和癌细胞——端粒酶基因的活性确保了端粒在复制DNA时被重置为相同的长度。这本质上是重启新后代衰老时钟的原因，但也是癌细胞可以继续繁殖并形成肿瘤的原因。

了解端粒酶基因是如何被调节和激活的，以及为什么它只在某些类型的细胞中活跃，也许有一天会成为了解人类衰老过程以及如何阻止癌症扩散的关键。这就是为什么朱伟在过去20年的科学家生涯中一直专注于对这种基因的研究。

朱教授说，他的团队最新发现VNTR2-1有助于驱动端粒酶基因的活性，这一发现尤其引人注目，因为它所代表的DNA序列类型。

“我们的基因组中几乎50%由重复的DNA组成，这些DNA不编码蛋白质，”朱教授说。“这些DNA序列往往被认为是我们基因组中的‘垃圾DNA’或暗物质，它们很难研究。我们的研究表明，其中一个单元实际上具有增强端粒酶基因活性的功能。”

他们的发现基于一系列实验，这些实验发现，从人类细胞系和小鼠癌细胞中删除DNA序列会导致端粒缩短，细胞衰老，肿瘤停止生长。随后，他们进行了一项研究，研究了白人和非洲裔美国百岁老人的DNA样本的长度，以及乔治亚州百岁老人研究的对照组参与者，该研究在1988年至2008年间跟踪调查了一组100岁或以上的人。研究人员发现，该序列的长度从短至53个DNA重复(或副本)到长至160个重复。

“它的变化很大，我们的研究实际上表明，端粒酶基因在序列较长的人身上更活跃，”朱说。

由于非常短的序列只在非裔美国参与者中发现，他们更仔细地研究了这一群体，发现与对照组参与者相比，拥有短VNTR2-1序列的百岁老人相对较少。然而，朱教授表示，值得注意的是，染色体序列更短并不一定意味着你的寿命会更短，因为这意味着端粒酶基因不那么活跃，你的端粒长度可能会更短，这可能会降低你患癌症的可能性。

“我们的研究结果告诉我们，这个VNTR2-1序列有助于我们如何变老和如何患癌症的遗传多样性，”朱说。“我们知道，致癌基因或癌症基因和肿瘤抑制基因并不能解释我们患癌症的所有原因。我们的研究表明，这比致癌基因的突变要复杂得多，这为扩大我们的研究、更仔细地研究这种所谓的垃圾DNA提供了强有力的理由。”

朱指出，由于非裔美国人已经在美国生活了几代人，他们中的许多人都有白人祖先，他们可能继承了一些这种序列。所以下一步，他和他的团队希望能够在非洲人群中研究这一序列。

除了朱，这篇论文的作者还包括华盛顿州立大学的共同第一作者徐涛和程德等人，以及他们在中国东北林业大学的合作者;宾夕法尼亚州立大学;以及北卡罗莱纳州立大学。

这项研究的资金来自美国国立卫生研究院国家普通医学科学研究所、黑色素瘤研究联盟和斯波坎县健康科学和服务管理局。