西奈医疗中心的研究人员发现，人类早期发育过程中的一个关键转变不是由我们自己的基因调控的，而是由能够在基因组中移动的DNA元素(称为转座子)调控的。

这一重大发现挑战了我们之前对这些难以捉摸的DNA片段的理解，为它们在人类发展和疾病中发挥的作用提供了新的见解。

“人们倾向于认为转座子类似于病，它们劫持我们的细胞只是为了自我繁殖，”这项研究的资深合著者、西奈健康旗下Lunenfeld-Tanenbaum研究所(LTRI)的高级研究员兼多伦多大学分子遗传学系教授MiguelRamalho-Santos博士说。

“但我们在这里发现，这些元素不仅仅是基因组寄生虫，而且对于早期发育至关重要，”担任加拿大150发育表观遗传学研究主席的Ramalho-Santos博士说。

他们的研究发表在《发育细胞》杂志上，指出转座因子对于确保人类胚胎细胞在早期发育过程中正常发展而不是倒退至关重要。

研究人员重点研究了LINE-1(长散布核元件1)转座因子。我们自己的基因只占基因组的不到2%，而LINE-1元件却占我们细胞遗传物质的20%，这真是令人吃惊。

一些LINE-1元件可以扩增并在基因组中移动，将自身插入到新位置。由于它们会自行扩散，从而破坏正常的基因功能，因此它们获得了“自私DNA”的绰号。

多年来，科学家认为这些元素大多是有害的，偶尔会破坏基因组并导致各种疾病，从血友病到神经系统疾病和癌症。

这项研究的领头人、资深合著者兼博士后研究员张娟博士最初发现，LINE-1RNA信息在早期胚胎中大量存在，这很有趣。RNA信息分子是从基因组中活跃的部分转录而来的，这表明LINE-1元素在这些关键的早期阶段被开启。

“如果转座子是有害且危险的，那为什么我们会在早期胚胎中看到它们活跃呢?这是一个刚刚开始形成的胚胎。此时任何危险的基因组插入都将在个体的整个发育过程中传播，”张博士说。

当张博士抑制培养的人类胚胎干细胞(ESC)中的LINE-1表达时，情况发生了逆转，使它们回到更原始的8细胞阶段。此时，八个细胞中的每一个都是相同的和全能的，能够发育成胚胎和胎盘。然而，过了这个阶段，虽然ESC仍然可以形成所有胎儿细胞，但它们对胎盘的贡献越来越小，胚胎通过胎盘从母亲那里获得营养。

进一步的实验表明，这些LINE-1信息分子充当了细胞核三维空间中DNA的支架。它们帮助将19号染色体(8细胞阶段的关键基因所在地)移至细胞核的基因沉默区域，确保胚胎能够顺利进入后续阶段。

张博士说：“我们发现，LINE-1在胚胎开始分化细胞以发挥各种功能的关键转折点上调节基因表达。我们的结果表明，这不是偶然发生的，而是一种至关重要的进化机制。”

更令人惊讶的是，LINE-1元件的这一新角色偏离了其跳转到新基因组位置并因此导致潜在有害突变的典型行为。相反，在这种关键情况下，LINE-1元件专门促进发育进程，这一独特作用凸显了它们在人类早期生长中的重要性。

这项基础研究对生育治疗和干细胞在再生医学中的应用具有重要意义。此外，这项研究揭示了LINE1的新作用，现在可以在与它有关的疾病环境中进行探索，从神经系统疾病到癌症。

LTRI主任兼西奈医疗研究副总裁Anne-ClaudeGingras博士表示：“这项研究强调了还有许多东西需要学习，不仅是关于人类发展，还包括那些其作用才刚刚开始显现的神秘基因组元素。

“我祝贺我的同事们在人类生物学领域取得这一令人着迷的突破，并热切期待他们继续工作并取得更多发现。”