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对垃圾序列的认识 精选

已有 2604 次阅读 2019-6-11 05:52 |系统分类:观点评述

垃圾DNA是指DNA中不编码蛋白质序列的片段。科学家甚至认为它有可能是外星人的编码,也有的认为是DNA中最神秘的部分之一。其实这都是我们对不编码序列认识上的错误,这些不编码序列,虽然不编码,但是功能也非常重要。是我们认识的角度存在问题,把DNA的非表达功能忽视,而且这些功能及其重要。这好比是水果树,我们只考虑水果,最多看到树叶,但忽视了树干和树根的价值和作用。

DNA为了实现表达和复制的功能,一定需要复杂结构。另外,长序列的结构,必须折叠成紧密结构才能存放在细胞核狭小空间内,为实现折叠和维持稳定的结构,也需要复杂的结构。这些非基因表达功能,也都属于其基本功能,甚至更重要,属于基础和结构建设。这些维持结构的功能序列,过去并没有受到足够的重视,需要重新认识和研究。

DNA所谓垃圾序列,并不是垃圾序列,而是我们不了解功能的序列。例如染色体需要折叠,需要在基因表达和复制的时候改变空间结构,这些功能也需要DNA的结构实现。这就好比一个房子,需要地基来维持结构稳定,需要外部和内部装饰来形成美观,但房子的最重要功能是居住作用,居住功能主要体现在围绕吃喝拉撒的生活。但房子的建筑结构,虽然非常重要,但都隐藏着。DNA的结构和房子类似。这些被隐藏的惰性结构,就是DNA内含子,并不是没有功能,只是它们的功能不是表达蛋白质,而是维持结构,实现更精确功能。从这样的角度,越是高级别的染色体,越是这种非表达结构多,也更复杂多样。

总之,DNA结构本身就是最重要的功能之一,表达为蛋白只是其中一个功能。

细胞DNA用链珠样核小体为基本单元,进行压缩和组装,形成染色体。细胞死亡时,染色体会解体,也多会以链珠为单元裂解。正常细胞释放的游离DNA片段,长度分布是非常有规律。癌细胞因为发生大量基因突变,染色体会出现大量结构变异,其核小体结构也会明显改变。裂解游离DNA片段,与正常细胞不一样。

201811月,剑桥大学Victor Velculescu博士基于这个原理,对特定长度的游离DNA进行富集,增加了ctDNA的丰度,开发了更加灵敏的液体活检技术。Victor博士敏锐地察觉到,游离DNA的片段长度可能蕴含了更多信息。

他的团队对包括乳腺癌、结直肠癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、胃癌或胆管癌在内的236名癌症患者,以及245名健康人的血浆游离DNA进行测序,利用已知的肿瘤特异突变标记肿瘤来源的ctDNA,然后和序列的同源健康人游离DNA,进行捉对比较,比较两者的片段长度分布,发现呈现截然不同的模式。

所有健康人的游离DNA片段长度分布都非常规律。癌症患者的同源序列的ctDNA片段长度分布,却非常不规律,显得杂乱无章。表明根据游离DNA的片段长度分布模式,可以将健康人和肿瘤患者区分开来。然后他们采用人工智能功能对这些差别进行更准确的分析,获得了准确区分癌症和健康人区别的诊断方法。

当然从长度的差别上,只是其中一个角度。我相信,隐藏在这些长度不同的背后,可能是这些突变序列的结构功能差异。这些差异并不能用表达突变来显示,但既然发生了结构改变,可能更具有深藏不露的价值。

文部分内容参考《奇点网》资料。



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