在人體的基因組內，僅有大約1%的DNA編碼了蛋白質，而剩下99%的DNA究竟有啥用，也引起了長期以來的爭論。 經過過去十多年的研究，人們已經達成了一定的共識：許多非編碼DNA有重要的調控作用，另一些DNA則像是演化過程中留下來的“垃圾”，只是細胞懶得把它們清除掉而已。
為什麼這麼說呢？原來我們的DNA裡有不少“跳躍基因”，它們看上去是病毒遺留下的產物，能從基因組的一個地方“跳”到另一個地方。有些“跳躍基因”甚至可以在基因組裡“跳”上成百上千次，要把它們剔除出基因組可不是一件容易的事兒。幸好，其中的大部分基因序列都會保持“沉默”，不會在細胞裡產生混亂。但仍然有一些不安分的“跳躍基因”會在細胞裡搞事，干擾正常的生理活動，甚至引發癌症！
可以想象，當加州大學舊金山分校（UCSF）的研究人員們發現胚胎幹細胞和早期胚胎中有大量“跳躍基因”表達時，他們的內心一定充滿了不解。
LINE1在胚胎幹細胞的細胞核中大量表達（圖片來源：《細胞》）
“用常規的眼光看，這些早期胚胎簡直是在玩火！”該研究的負責人Miguel Ramalho-Santos教授說道：“這一點都不合理。”
Ramalho-Santos教授團隊發現的是一種叫做LINE1的“跳躍基因”。它在基因組裡是最普遍的“垃圾DNA”類型，一般被認為具有致病風險。
這個意外發現立刻引起了科學家們的興趣。該研究的第一作者Michelle Percharde博士當時剛加入實驗室不久，並著手研究這個看似不可思議的現象。“當我看到發育中的細胞裡，細胞核中竟然有LINE1的RNA，就想到它們一定有著什麼作用，” Percharde博士說道：“不然，為什麼你的細胞會產生那麼多沒有功能，甚至可能帶來危險的RNA呢？”
為了瞭解LINE1的作用，研究人員們設計了一個簡單的實驗——他們在小鼠的胚胎幹細胞中清除了LINE1的RNA，想了解這會帶來什麼樣的後果。而實驗數據讓他們大為驚訝！缺乏LINE1的胚胎幹細胞，其基因表達模式發生了重大的改變，變回了受精卵剛剛分裂一次後的模樣。
與這個結果一致，當受精卵中缺乏LINE1時，它竟也只能分裂一次，無法突破兩個細胞的階段。“當我們移除LINE1的RNA，並看到這些細胞的改變時，才恍然大悟。這說明我們在正確的道路上。” Percharde博士評論道。
LINE1在胚胎髮育中扮演了不可或缺的作用（圖片來源：《細胞》）
後續研究發現，LINE1並不會在基因組裡隨便跳來跳去。相反，它的RNA會被困在細胞核中，與基因調控蛋白形成一個複合體，而這個複合體在胚胎髮育中有著關鍵作用。只有它生效，才能讓胚胎髮育超越“雙細胞”這一階段，往下發展。
這項顛覆性的研究，今日在線發表在了頂尖學術期刊《細胞》上。
本研究今日在線發表在了《細胞》上（圖片來源：《細胞》）
“這些基因有數十億年的歷史，成為基因組中的主流，也是數億年前的事了。我不禁在想，是不是把1.5%編碼蛋白質的基因稱為‘搭便車的’會更公平一些，” Ramalho-Santos教授說：“現在我們知道早期胚胎儘管在玩火，但一切均經過了嚴密的計算。這可能是對發育非常重要的調控。”
“科學家們在編碼蛋白的基因上做了大量工作，但它們只佔了基因組不到2%，而轉座子（即跳躍基因）佔了基因組的近50%！” Percharde博士補充說道：“能揭示這些元素在發育和疾病中的作用，讓我感到很興奮！”
自科學誕生以來，人類一次又一次地推翻自己的結論，對教科書進行了一次又一次的改寫。這些顛覆表明了我們對自然的認識又加深了一層。或許這就是科學的魅力所在吧。
[1] A LINE1-Nucleolin Partnership Regulates Early Development and ESC Identity
[2] Not junk: 'Jumping gene' is critical for early embryo
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