发现跳跃基因可以改变人类结肠基因组从而提供对衰老和肿瘤发生的见解

韩国科学技术院 (KAIST) 及其合作者针对人类大肠整个基因组中的“跳跃基因”开展了一项开创性研究。该研究于 2023 年 5 月 18 日发表在《自然》杂志上，揭示了“长散布核元件 1 (L1)”的惊人活性，这是一种以前被认为在人类基因组中大部分处于休眠状态的跳跃基因。该研究表明，L1 基因可以在一个人的一生中被激活并破坏基因组功能，特别是在结直肠上皮细胞中。

L1 跳跃基因约有 500,000 个，占人类基因组的 17%，长期以来，它们通过对基因组序列引入“颠覆性创新”，为人类物种的进化做出了贡献。直到现在，人们认为大多数 L1 元素已经失去了在现代人类正常组织中跳跃的能力。然而，这项研究表明，一些 L1 跳跃基因可以在正常细胞中广泛激活，导致基因组突变在个体的一生中积累。L1 跳跃的速率和由此产生的基因组变化因不同细胞类型而异，在老化的结肠上皮细胞中观察到显着的浓度。该研究表明，每个结肠上皮细胞平均在 40 岁时都会经历一次 L1 跳跃事件。

该研究由共同第一作者 Chang Hyun Nam(KAIST 研究生)和 Jeonghwan Youk 博士(KAIST 前研究生和首尔国立大学医院临床助理教授)领导，涉及对来自从 28 个个体的皮肤(成纤维细胞)、血液和结肠上皮组织中获得的 899 个单细胞。该研究揭示了正常细胞中 L1 跳跃基因的激活，导致基因组突变随时间逐渐积累。此外，该团队探索了表观基因组(DNA 甲基化)序列，以了解 L1 跳跃基因激活背后的机制。他们发现具有激活的 L1 跳跃基因的细胞表现出表观遗传不稳定性，表明表观遗传变化在调节 L1 跳跃基因活性方面的关键作用。大多数这些表观基因组不稳定性被发现出现在胚胎发生的早期阶段。该研究为人类结直肠组织的衰老过程和疾病发展提供了宝贵的见解。

“这项研究表明，正常细胞的基因组损伤不仅是通过暴露于致癌物，而且还通过内源性成分的活性而获得的，其影响以前不清楚。表面上健康的衰老细胞的基因组，特别是结直肠上皮细胞，由于L1 跳跃基因的活性，”KAIST 的 Young Seok Ju 教授说。

首尔国立大学医院外科的 Min Jung Kim 教授说：“我们强调临床医学和基础医学研究人员之间必要且持续的合作。” “这个案例突出了从临床环境中系统地收集人体组织在揭示人类疾病发展的复杂过程中的关键作用。”

“我很高兴研究团队在单细胞基因组技术方面取得的进展取得了成果。我们将坚持不懈地努力引领单细胞基因组技术，”高丽大学学院核医学系 Hyun Woo Kwon 教授说医学。

该研究团队得到了韩国国家研究基金会的研究领导者计划和青年研究员计划的支持，通过韩国健康产业发展研究所和 Suh Kyungbae 基金会获得了医学博士/医学科学家培训计划的资助。

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