基因組中“暗物質(zhì)”片段產(chǎn)生的謎題已經(jīng)困擾了科學(xué)家們10幾年時(shí)間，這段長(zhǎng)而彎曲的DNA鏈并沒有明顯的功能，而如今研究人員揭開了這一謎題；這個(gè)難題主要集中在一些不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列上，然而這些序列在很多種動(dòng)物機(jī)體中是相同的，通過剔除一些超保守成分（Ultraconserved Elements）元件，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些序列或許能夠通過對(duì)編碼蛋白的基因表達(dá)進(jìn)行微調(diào)來指導(dǎo)大腦的發(fā)育。

這項(xiàng)研究刊登在了1月18日的Cell雜志上，相關(guān)研究或能幫助研究人員更好地理解諸如阿爾茲海默病等神經(jīng)變性疾病的發(fā)病機(jī)制，同時(shí)研究人員還證實(shí)了推測(cè)所有超保守元件對(duì)機(jī)體生命重要性的假設(shè)，當(dāng)然了，盡管目前科學(xué)家們對(duì)于這些超保守元件的功能知之甚少。

早在2004年，來自斯坦福大學(xué)的基因?qū)W家Gill Bejerano教授就已經(jīng)對(duì)這些超保守元件進(jìn)行了描述，他表示，人們常常告訴我們，應(yīng)該等到他們知道我們?cè)谧鍪裁吹臅r(shí)候我們或許才能發(fā)表相應(yīng)的研究成果，如今我們花費(fèi)了14年才將這一課題搞清楚。

當(dāng)什么都沒有發(fā)生時(shí)

當(dāng)Bejerano和其同事最初將人類基因組同小鼠、大鼠及雞的基因組進(jìn)行比較時(shí)就注意到了超保守元件的存在，同時(shí)他們?cè)诟魑锓N中發(fā)現(xiàn)有481條DNA鏈都非常相似，這讓研究者們感覺非常驚訝，因?yàn)镈NA突變會(huì)代代相傳，而這些動(dòng)物的譜系已經(jīng)獨(dú)立進(jìn)化了2億年了。

編碼蛋白質(zhì)的基因更趨向于攜帶少量的突變，因?yàn)檫@些改變干擾相應(yīng)蛋白的話，動(dòng)物在繁殖之前就會(huì)死亡，而突變的基因也不會(huì)遺傳給后代，基于這一邏輯，有些基因組學(xué)家就推測(cè)，在超保守元件中自然選擇似乎也會(huì)同樣淘汰一些突變，盡管這些序列并不編碼蛋白質(zhì)產(chǎn)生，但其功能對(duì)機(jī)體如此重要以至于其無(wú)法忍受“不完美”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2007年這一假設(shè)遇到了一定障礙，當(dāng)美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員報(bào)道對(duì)小鼠機(jī)體中的4個(gè)超保守元件進(jìn)行剔除后，他們發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物看起來沒有任何變化，而且還能夠正常繁殖，這種現(xiàn)象讓他們很震驚，研究者Diane Dickel認(rèn)為，這些小鼠應(yīng)該死亡，但實(shí)際上研究結(jié)果并不是他們想象中那樣。

繼續(xù)深究

隨后研究人員Dickel及其同事利用基因編輯工具CRISPR-Cas9進(jìn)行研究，重新審視了上述問題。在小鼠機(jī)體中他們以單獨(dú)或各種組合方式剔除了四個(gè)超保守元件，而這些超保守元件所處的DNA區(qū)域包含有對(duì)大腦發(fā)育非常重要的基因，研究結(jié)果表明，剔除了超保守元件的小鼠表現(xiàn)良好，但當(dāng)研究人員解剖這些嚙齒類動(dòng)物（小鼠）大腦后他們就發(fā)現(xiàn)了異常。

缺少特定序列的小鼠大腦中參與阿爾茲海默病進(jìn)展的異常大腦細(xì)胞數(shù)量非常低，而超保守元件被剔除的小鼠則表現(xiàn)出了參與記憶形成和癲癇癥發(fā)生的部分前腦會(huì)發(fā)生異常表現(xiàn)，研究者Dickel說道，正常情況下小鼠的前腦結(jié)構(gòu)看起來像一個(gè)刀片樣的結(jié)構(gòu)，而在這些突變小鼠中其“刀片”結(jié)構(gòu)卻發(fā)生了彎曲。

研究者指出，由此產(chǎn)生的認(rèn)知缺陷或許也會(huì)危及野生小鼠，因此，這些超保守區(qū)域所發(fā)生的突變并不會(huì)通過小鼠群體來傳播，因?yàn)橄啾任词苡绊懙男∈蠖裕苡绊懙男∈蠡蛟S在繁殖方面不會(huì)那么成功。后期研究人員還需要深入研究來闡明諸如阿爾茲海默病、癡呆癥、癲癇癥或其它神經(jīng)變性疾病患者是否機(jī)體中這些被忽視的非編碼區(qū)域也存在相應(yīng)的突變。盡管很多超保守元件的功能目前研究人員并不清楚，但研究者Bejerano相信，通過后期研究他們也將會(huì)證明這些超保守元件對(duì)機(jī)體是不可或缺的，如今研究人員依然對(duì)某些序列的保守水平（可以高達(dá)100%）表示非常困惑，因?yàn)樯飳W(xué)領(lǐng)域常常會(huì)容忍一些微小的變化，而其中所涉及的很多小秘密還需要后期研究才能夠揭開。