“卫星DNA”控制着蚊子胚胎的发育
来源：news-medical|作者：Emily Henderson, B.Sc.|编译：聚生物|时间：2020-4-12
所有的生物体都有DNA，这是一种为生命提供蓝图的遗传物质。人体细胞中的长双螺旋形DNA分子首先被翻译成RNA分子，然后被翻译成蛋白质，以确保细胞和整个机体的功能。但是DNA中有很大一部分不是用来制造蛋白质的。然而，在蚊子体内发现的一种被称为“卫星DNA”的垃圾DNA，可以重复几十次，现在已经证明在蚊子胚胎的早期发育过程中起着至关重要的作用。
内梅亨大学医学中心的研究人员在科学杂志《自然》(《Nature》)上发表了他们的发现。
早期发育
所有的动物——包括这项研究中，特别是埃及伊蚊——都是由各种不同的细胞类型组成，它们形成不同的组织和器官，所有这些细胞都来自一个受精卵。这是一个复杂的过程;为了确保受精卵成功发育成胚胎，母体不仅提供了一半的遗传DNA，还为受精卵提供了额外的蛋白质和RNA。
这些核糖核酸和蛋白质是必不可少的补充，因为这些分子指导受精卵的第一次细胞分裂。蚊子只有在细胞分裂后才能产生蛋白质和核糖核酸，从而促进进一步的发育。同时，母体添加的蛋白质和核糖核酸必须及时分解，以免干扰蚊子的后续发育。
精心调控RNA
原来，在初生的蚊子胚胎中，有一段卫星DNA负责分解母体的RNA。但这是如何做到的呢?来自Ronald van Rij教授实验室的研究人员，主要是博士生Rebecca Halbach，发现卫星DNA会产生两个小的RNA分子。这发生在蚊子胚胎发育的最初阶段。然而，这些小RNA分子不产生任何蛋白质。这些小RNA调节其他编码蛋白质的RNA的活性。在这种情况下，它们会与母体的RNA分子结合，然后被分解。这一步非常重要，如果缺少这些“调控小RNA”，就会导致母体RNA分子的持续存在，从而破坏胚胎的后续发育。
卫星DNA和恐龙
Van Rij强调了这项研究的非凡之处。“在这项研究中，我们有了一些完全出乎意料的发现。尽管卫星DNA是在60年前首次被发现的，但人们对它的功能知之甚少。在这项研究中，我们发现它实际上在一个关键的发育阶段具有非常重要的功能。”
从进化的角度来看，这一机制已经相当古老了。范瑞杰：“我们和瓦赫宁根大学的研究人员一起，研究了大量的蚊子种类。这向我们展示了这个卫星DNA和特定的调控RNA起源于大约2亿年前，也就是在晚三叠世时期，这个时代正好是恐龙的崛起时期。我认为这些小RNA保持了这么长时间不变是很好的。这也特别表明它们具有重要的功能。”
从蚊子到人类?
不同动物胚胎发育的第一步有明显的相似性，但在分子水平上有很大的差异。这种特殊的结巴DNA片段在人类身上没有发现，但其他卫星DNA可能在人类或其他动物的胚胎发育过程中发挥了作用。
背景:一个偶然的发现
这项研究建立在一个偶然的发现上。埃及伊蚊是传播登革热病毒和寨卡病毒等重要病原体的蚊子。Van Rij的研究组研究了这些类型的病毒是如何通过蚊子传播的。“我们做了很多关于蚊子的免疫系统对抗病毒的研究，”Van Rij说。这种免疫系统识别病毒的RNA并将其分解成小片段。在分析病毒感染细胞的RNA片段时，研究人员帕斯卡·米森(Pascal Miesen)和丽贝卡·哈尔巴赫(Rebecca Halbach)偶然发现了并非来自病毒的小RNA分子。这些小rna是由细胞自身的卫星DNA产生的。我们发现这是如此引人注目，我们决定进一步研究。经过5年的研究——其中一部分是由NWO Vici基金资助的——它现在已经促成了《自然》杂志的出版。”
Source：
Journal reference:
Halbach, R., et al. (2020) A satellite repeat-derived piRNA controls embryonic development of Aedes. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2159-2.
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