一个名为LINE1的基因，这个基因可以说是“垃圾DNA”的代表——尽是重复序列、在基因组中占比极大、没啥专一的职能、作为转座子还会在基因序列之间跳来跳去很可能会带来突变。
这个基因看起来是这么的“没劲”，以至于加州大学旧金山分校的Miguel Ramalho-Santos教授想要研究它时，实验室里竟然没人愿意认领这个课题。今天发表在《细胞》上的这项研究可以说是为LINE1翻身了！这个基因不仅不是垃圾，就是说它重要至极也不为过，毕竟没了它，受精卵就会停滞在两细胞阶段，根本不能形成胚胎、也无法在子宫内着床，更谈不上长成一个完整的个体了！[1]
此前的文章曾提到过，LINE1在基因组中占比极大，人类基因组中17%都是LINE1。它的重复率太高了，全基因组内约有50万个拷贝。这么大量与它的身份分不开。作为一个转座子，它的“本能”就是不停地复制自己，再随机“侵入”其他序列。你可以想到，万一插入位置有所不对，癌症或者遗传疾病就会马上跟来。这就不难理解，为什么科学家们曾一度把这类基因叫做“垃圾DNA”或者“基因组寄生虫”了。
Ramalho-Santos教授倒是认为LINE1肯定有它的独特所在，其中一个重要的原因就是，与LINE1在胚胎中相当之高的转录水平比起来，它的逆转录、也就是“转座”行为还真是不算太频繁[2]。生命从不做傻事，那么多余的那些RNA总不会白白浪费掉，它们肯定也发挥着一些作用。可惜实验室的其他人并不这么认为。好在Ramalho-Santos教授的猜测并非梦话，研究团队的努力得到了事实的回报。
在小鼠胚胎早期发育过程中，胚胎干细胞会大量表达LINE1。从常规角度来看，真是不知道胚胎在想啥，表达这么多转座子，是嫌还不够天下大乱吗？但是仔细一观察，表达出的RNA都聚集在细胞核附近，显然是在我们不知道的地方发生了些什么。于是研究者马上着手尝试清除LINE1。万万没想到啊，这一敲低可坏了大事了，胚胎干细胞的自我更新能力几乎就是没了，不会分裂了；更吓人的是，如果在胚胎发育过程中进行敲低，那么受精卵分裂成两个细胞之后，整个发育过程就再也走不下去了，几乎没有谁能够突破这个难关长到四细胞阶段，更别提长成一个真·生命了！
原来LINE1 RNA真的没有闲着，它在细胞核内会与两种重要的蛋白握手——一种叫做核蛋白，它是核糖体的组成部分；另一种稍微陌生一些，叫做Kap1[3]，这种蛋白能够与多种转录因子集合，具有关键的转录调控作用。LINE1 RNA与它俩形成的复合体才是LINE1作用的完全体，它们接下来完成了两项重大任务。这组复合体能够抑制一个名为Dux的基因表达。Dux就是一个转录因子了，它和两细胞阶段很多必须的基因都关系匪浅[4]。这些基因是胚胎发育两细胞阶段必须的，但是一个阶段有一个阶段的任务，想要继续发育，就必须让它们歇歇了。转录组分析也显示，Dux靶向的那些基因，正是敲低LINE1之后最活跃的那些。与此同时，LINE1 RNA复合体还有一个重要的工作，就是激活rDNA的表达。不用多解释了，rRNA是组成核糖体必须的，也是细胞翻译蛋白所必须的。这就是为啥敲低了LINE1之后胚胎干细胞自我更新能力降低的原因。有趣的是，LINE1在发育中的重要功能，和它“转座“的本性似乎并不相关。研究者尝试着阻止LINE1的逆转录，胚胎干细胞的发育也很正常。研究者猜想，胚胎细胞可能自有一套调教LINE1的方法，让它的RNA在出工出力的同时，又不会瞎跳跃给基因组造成太大的麻烦。
研究者下一步就准备分析是否人类也存在类似的机制。虽然小鼠和人的差距很大，但是要知道，LINE1几乎是人类基因组中唯一的还十分活跃的转座子[5]，同时也含量巨大，真的很难不让人认为进化之手故意留下它是别有用心呢。
参考资料：
[1] https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30655-X
[2] Intact piRNA pathway prevents L1 mobilization in male meiosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E5635–E5644.
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/TRIM28
[4] Conserved roles of mouse DUX and human DUX4 in activating cleavage-stage genes and MERVL/HERVL retrotransposons. Nat. Genet. 49, 925–934.
[5] The decline of human endogenous retroviruses: extinction and survival. Retrovirology 12, 8.
[6] https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/06/line1-jumping-gene/563354/