你的 DNA 中正在展開一場隱藏的基因戰爭

這個想法長期以來一直被用來描述物種之間的進化遭遇，例如宿主與攻擊它們的寄生蟲或病原體。但這也適用於離家更近的地方。 “雖然我們通常用這個比喻來描述宿主與寄生蟲或宿主與病原體之間的進化軍備競賽，但‘紅皇后假說’也描述了我們基因組內正在進行的戰鬥，”賓夕法尼亞大學的生物學家米婭·萊文說。

當DNA與自身作對時

並非所有 DNA 都會默默地為細胞謀福利。萊文解釋說，有些序列是自私的。移動遺傳元件可以從一個地方復製或切割自身，然後將自己插入到另一個地方，有時會在此過程中破壞基因或其他關鍵的 DNA 片段。細胞已經進化出分子防禦來對抗這些元素，使用檢測、關閉或物理固定它們的系統。

這種持續不斷的內部衝突引發了一個長期存在的謎團。生命中一些最重要和最可靠的過程如何依賴於必須快速變化才能跟上遺傳威脅的蛋白質？

端粒及其變形保護者

萊文和她的同事們開始通過研究果蠅來回答這個問題 黑腹果蠅。他們專注於構建端粒的基因，端粒是染色體末端的保護帽，萊文將其比作鞋帶上的塑料尖。

他們的結果發表在 科學他表明，儘管這些蛋白質的作用保持不變，即保護染色體末端，但蛋白質本身也在不斷進化，以防禦自私的 DNA。

必須保護染色體末端不粘在一起，這種故障可能導致遺傳不穩定、生育問題，甚至細胞或生物體死亡。為了防止這種情況發生，六種蛋白質聚集在一起形成最終的保護複合物，與端粒 DNA 結合。

必需蛋白質的快速進化

在這六種蛋白質中，有兩種​​脫穎而出。 Hip 及其夥伴 HOAP 的進化速度比其他兩種蛋白質快得多，但這兩種蛋白質對於端粒保護都是絕對必要的。

萊文說：“我們首次了解了由核心多蛋白複合物忠實保守的迷人生物學，其亞基承受著強大的進化壓力進行改變。”

為了弄清楚這些蛋白質是否應該或應該共同進化，研究小組使用基因編輯工具取代了嘻哈蛋白 黑腹果蠅 與密切相關物種的版本， D-讚美。

結果是戲劇性的。當他生產蒼蠅時 D-讚美 嘻哈版本，而不是他們自己的版本，沒有倖存。他們的細胞顯示出廣泛的染色體末端融合在一起。

六種氨基酸發揮作用

研究人員隨後逆轉了部分變化。通過將六種適應性進化的氨基酸（蛋白質的組成部分）轉化到體內 D-讚美 嘻哈音樂又回來了 黑腹果蠅 版本，或通過添加 D-讚美 以 HOAP 的形式，他們能夠恢復蛋白質的適當補充，保護端粒，並保持果蠅的活力。

Levin 解釋說，隨著 HOAP 發生變化以抑制內部遺傳威脅，嘻哈音樂被迫適應它以維持合作夥伴關係。

目前尚不清楚自私 DNA 是如何與這些蛋白質相互作用的。 “但靈長類動物中類似的進化特徵表明，這種類型的補償性進化可能很普遍，研究它可以解釋基因組如何在適應不斷變化的威脅的同時保留其古老的功能，”萊文說。

研究和支持團隊

米婭·T·萊文 (Mia T. Levin) 是賓夕法尼亞大學文理學院生物系副教授。其他作者包括賓夕法尼亞藝術與科學大學的 Brianna N. Kruga、Hannah Vauteran、Andrew Santiago Frangos 和 Song Ya Lin。

這項研究得到了美國國立衛生研究院的支持（撥款 R35GM124684 和 R00GM147842。）