像电影编辑和考古学家一样，生物化学家们拼凑基因组的历史

加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的生物化学家Navtej Toor和Daniel Haack在探索RNA剪接和人类基因组的进化起源和历史时，结合单个分子的二维（2D）图像重建了II型内含子RNA的三维（3D）图像。

老派好莱坞剪辑师们剪下不需要的电影帧，把它们拼成想要的帧来制作电影。人体通过一个被称为RNA剪接的生化编辑过程（每秒数万亿次）做类似的事情。它不是剪切胶片，而是编辑生产细胞中许多蛋白质的蓝图的信使RNA。

加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的生物化学家Navtej Toor和Daniel Haack在探索RNA剪接和人类基因组的进化起源和历史时，结合单个分子的二维（2D）图像重建了II型内含子RNA的三维（3D）图像。在这个过程中，他们发现了一个与RNA催化相关的大规模分子运动，为RNA剪接的起源及其在地球生命多样性中的作用提供了证据。《Cell》文章概述了他们的突破性研究。

“我们试图了解人类基因组如何从原始祖先进化而来。每个人类基因都有不需要的非编码框架，在基因表达前必须被移除。这个过程叫RNA剪接，”化学和生物化学系的副教授Toor说“15%的人类疾病是因为这个过程有缺陷。

Toor解释说，他的团队致力于了解由两种类型遗传元件构成70%人类DNA的进化起源，这两种元件都被认为是从II型内含子进化而来的。具体来说，人类基因组25%左右的剪接体内含子是非编码序列，必须在基因表达前去除。另外45%的序列来自于所谓的逆转录因子。这些基因元件将自己插入到DNA中，并在基因组中跳跃，通过RNA中间产物进行自我复制。

Toor说：“研究II型内含子可以让我们了解人类基因组的大部分进化过程。”

毫微计算机，Toor和 UCSD的博士后学者，论文的第一作者Haack利用从生活在高温下的蓝绿藻类中分离的II型内含子复合物研究II型内含子RNA纳米机器。

Haack说：“，由于该物种的复合物本身很稳定，这种耐高温生物体的II型内含子RNA剪接的进化可能导致地球上生命的多样化。”

Haack进一步解释说，他和Toor发现II型内含子和剪接体在RNA剪接过程中共享的移动催化成分的动力学机制。

他说：“这是迄今为止最有力的证据，证明剪接体是从细菌Ⅱ型内含子进化而来的。”

此外，这一发现揭示了II型内含子如何通过一个称为逆转录转座（retrotransposition）的过程将自己插入DNA。这种复制和粘贴过程导致了人DNA中的自私的逆转录因子数量猛增，从而构成基因组的很大一部分。

“这些逆转录因子的复制在塑造现代人类基因组结构中起了很大作用，甚至与灵长类物种的形成有关，”Toor说。

研究人员用低温电子显微镜（cryo-EM）提取了II型内含子的分子结构。它们将RNA冻结在一层薄冰中，然后向样品发射电子。根据科学家的说法，电子显微镜可以将图像放大39000倍。然后将得到的单个分子的二维图像放在一起，得出II型内含子的3D视图。

“这就像分子考古学，”Haack说。“II型内含子是活化石，让我们了解地球最初如何进化出复杂生命。”

参考文献：

Cryo-EM Structures of a Group II Intron Reverse Splicing into DNA