如果說(shuō)基因是DNA（脫氧核糖核酸）串上的一盞燈，基因組就將成為一個(gè)無(wú)窮閃爍的燈環(huán)，因為數以千計的基因會(huì )在任何特定時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉。加拿大多倫多大學(xué)分子遺傳學(xué)教授蒂姆·休斯目前正在探尋隱藏在這場(chǎng)協(xié)調緊湊的燈光秀背后的規律，因為它一旦出現故障，疾病就會(huì )隨之而來(lái)�；蛴杀环Q(chēng)為轉錄因子的蛋白開(kāi)啟或關(guān)閉。這些蛋白和DNA上的精確位點(diǎn)結合以充當路標，告訴轉錄因子其目標基因就在附近。在最新一期《自然·生物技術(shù)》上，休斯及其團隊發(fā)表了對最大一組人類(lèi)轉錄因子（C2H2-ZF）的首個(gè)系統性研究成果。
轉錄因子在發(fā)育和疾病形成中擔當著(zhù)重要角色，C2H2-ZF轉錄因子數超過(guò)700個(gè)，占據人類(lèi)所有基因數的3%。大多數人類(lèi)C2H2-ZF蛋白與小鼠等其他生物體的完全不同，這意味著(zhù)科學(xué)家無(wú)法將動(dòng)物研究成果適用于人類(lèi)C2H2-ZF。休斯研究小組發(fā)現，C2H2-ZF如此豐富多樣的原因在于，它們中的多數在進(jìn)化過(guò)程中形成了避免人類(lèi)祖先基因組遭受“自私DNA”損害的防御能力。
自私DNA是一種寄生DNA，其唯一目的就是繁殖一種人類(lèi)基因組病毒。它們利用細胞的資源來(lái)制作自身的副本，并隨機插入整個(gè)基因組，沿途制造有害的變異。幾乎一半的人類(lèi)基因組由自私DNA組成，自私DNA來(lái)自古代的逆轉錄病毒，其亦可將DNA插入宿主基因組中。當這種情況發(fā)生在卵子或精子中時(shí)，病毒DNA被傳遞給下一代，而自私DNA就此成了內生性逆轉錄因子（ERE）。
進(jìn)化生物學(xué)家認為，自私DNA有助于使基因組變得更大，給自然選擇增添了額外的DNA材料。但休斯的研究數據表明，ERE占據了這場(chǎng)進(jìn)化軍備競賽的中心舞臺，這種變化催生了C2H2-ZF這個(gè)蛋白新組群。休斯稱(chēng)，這是一個(gè)從古到今的“征服與反征服”的精彩故事。C2H2-ZF最初進(jìn)化成能關(guān)閉ERE、隨著(zhù)新的ERE入侵人類(lèi)祖先的基因組，新的C2H2-ZF就會(huì )出現以防止其破壞基因的功能。這就解釋了C2H2-ZF在不同的生命體中既豐富又多彩的原因。
此項研究表明，ERE是轉錄因子本身進(jìn)化中的真正驅動(dòng)力。所有的哺乳動(dòng)物都有一大堆特定轉錄因子可靜默ERE，而ERE和這些新的轉錄因子在不同的脊椎動(dòng)物中也是不同的。這些ERE現在是無(wú)害的，因為其已有幾百萬(wàn)年的古老歷史。隨著(zhù)時(shí)間的推移，其累積的變異以恒定的速度布滿(mǎn)整個(gè)基因組，最終的結果是其失去了繁殖和移動(dòng)的能力。
C2H2-ZF則開(kāi)始承擔新的角色，其使用分散在基因組中的ERE作為DNA對接位點(diǎn)，從這里對鄰近基因進(jìn)行控制。曾作為征服者的ERE最終落得“被奴役”的下場(chǎng)。
休斯介紹了這一過(guò)程中的一個(gè)精妙例證。C2H2-ZF的一個(gè)家族成員ZNF189轉錄因子逐漸進(jìn)化成可靜默一個(gè)具有一億年古老歷史的LINE L2逆轉錄因子。LINE L2現在已處于非活動(dòng)狀態(tài)，但ZNF189仍然與L2綁定，因為它要使用L2殘余到達其他的基因。
L2序列的殘余恰好位于驅動(dòng)大腦和心臟發(fā)育的基因附近。所以，ZNF189擔當了塑造這些器官的新角色，這一安排通過(guò)自然選擇得以保留下來(lái)，因為它對胚胎的形成有益。類(lèi)似于L2曾經(jīng)擔當的角色，ZNF189可能會(huì )關(guān)閉“大腦基因”，但在心臟細胞中，其實(shí)際上可能發(fā)揮著(zhù)開(kāi)啟基因的作用，因為它已失去了可形成關(guān)閉功能的那一部分。
休斯說(shuō)，ERE“征服與被奴役”的故事正是基因組在進(jìn)化中如何形成可塑性的一個(gè)美麗的例證。
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