发现小小转座因子实际上控制着基因表达和物种进化

直到最近，人们对转座因子如何参与基因调控还知之甚少。这些可以自我复制并在基因组中扩散的小块DNA占据了将近一半的人类基因组，却通常受到忽视，因为似乎它们对细胞活动的影响微乎其微。

转座因子在细胞内移动，与之前的研究不同，本文作者发现，当它们移动到不同的位置时，转座因子有时会改变DNA链在3D空间中相互作用的方式，从而改变3D基因组的结构。看起来基因组中三分之一的三维接触实际上来自转座因子，这些区域对成环变异有着巨大贡献，并显示了它们在遗传表达和进化中非常重要的作用。

决定3D结构的主要成分是一种叫做CTCF的蛋白质。这项研究特别关注转座因子如何创造新的CTCF位点，进而劫持现有的基因组结构，在基因组中形成新的3D接触。作者表明，它们经常会产生可变的环，影响细胞的调节活性和基因表达。人类细胞和小鼠细胞中都能观察到，提示转座因子可以导致种内变异和种间分化，这些信息将指导基因调控、调控进化、环分化和转座因子生物学等领域的进一步研究。

为了简化工作，作者开发了一个用于跟踪物种间短基因序列的物理增益和丢失的软件，MapGL。例如，存在于最共同祖先中的序列可能在某个地方丢失，或者相反，可能在共同祖先中不存在，但后来在人类基因组中获得。MapGL可以更容易地预测物种间结构变化的进化影响。在本文中，他们的输入是一组CTCF结合位点，这些结合位点被MapGL标记，以显示序列的增加/丢失过程，从而解释了人类和小鼠之间CTCF结合的许多差异。

拥有计算机科学和分子生物学背景的Alan Boyle解释说，他一直对基因调控感兴趣。“这就像一个复杂的电路：通过改变基因组的三维结构来干扰基因调控，可能会产生非常不同和广泛的结果。”

对于Adam Diehl来说，这项研究延续了19世纪末开始的伟大发现，那时科学家们第一次通过显微镜观察染色体的形状。他们观察了细胞之间的形状差异，并注意到母细胞和子细胞之间细胞核内的形状保持不变。几十年后，转座因子在他的母校康奈尔大学被发现：跳跃基因可以改变玉米植株的表型。在70年代，由于人类和黑猩猩之间的基因非常相似，但无法解释物种之间的差异，科学将焦点转移到如何表达这些基因上。Diehl说，“能够综合所有这些知识，并为物种进化的下一步做出贡献，真是太令人兴奋了。”

这个研究团队将进一步研究转座因子对3D基因组的影响，但这次特别关注的是单个人类种群样本，而不是跨物种。接下来的步骤将包括使用一种由密歇根大学医学院Ryan Mills实验室合作开发的新测序方法进行实验性随访，这种方法能够识别在人类群体中可变的转座元件插入。预计下一个结果将进一步了解转座因子的调节作用，并可能应用于神经退行性疾病。