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人类基因组项目研究发现，人的基因组中仅有1.5%的序列是负责蛋白质编码的，其余的98.5%的序列可能都是“垃圾”。实则不然；此前，来自美国等多个国家的研究人员开展了名为ENCODE （Encyclopedia of DNA Elements， DNA元素百科全书）的研究项目，该项目的一个主要目的就是去分析那些“垃圾”基因的功能，目前研究人员初步发现，人类基因组中80％都是有功能的。
那么这些看似“垃圾”的基因序列到底有着什么样神秘的角色？又会给人类疾病的发生带来什么影响呢？本文中小编对相关研究进行了整理，分享给各位！
人类基因组认为是“垃圾DNA”的异常高拷贝但未被探索的序列具有令人惊讶的能力，影响我们基因组的主要监管者。放松管制时，这些重复核苷酸序列的大片段将主要调节蛋白结合并分解成癌细胞中的大核体。这可能导致表观遗传学不稳定 – 基因调控的变化 – 这是许多癌症进展的动力。
神经学教授珍妮·劳伦斯（Jeanne Lawrence）博士说：“这些卫星重复像通常控制其他基因表达的主要调节因子的分子海绵”。
人类基因组中的一个巨大的空白框尚未被完全测序和定位，HSAT-II由数百万份非常丰富的小序列组成，可以在显微镜下观察到一些染色体，特别是染色体1。因为HSAT-II DNA通常是甲基化的（一种形式的基因调控），它在健康细胞中保持休眠。因此，HSAT-II尚未得到广泛的研究。事实上，标准的基因组实验有意的屏蔽了HSAT-II的结果。
DOI：10.1126/science.1235587
人类基因组中仅有1%到2%的是负责蛋白质编码的基因，其余非编码区域早先被认为是毫无用处的“垃圾DNA”。但是，美、英等国研究人员最近在这个“垃圾”区域中找到近百个乳腺癌与前列腺癌的潜在“导火索”，显示了研究“垃圾DNA”对了解癌症的重要性。
美国耶鲁大学、英国韦尔科姆基金会桑格研究所等机构的研究人员10月3日在《科学》杂志上报告说，随着个人基因组测序的成本直线下降，进行测序的人数迅速增加，解读他们基因组中的突变、尤其是非编码区的突变，已成为当前医学界面临的挑战。
研究人员利用大型国际科研合作项目“千人基因组项目”获得的基因变异数据，结合另一个国际合作项目“DNA元素百科全书（ENCODE）”的信息，开发出一种新方法，在“垃圾DNA”中筛选可能导致癌症的突变，也就是癌症的潜在“导火索”。
DOI：10.1126/science.1241006
有的人相貌堂堂，有的人看上去不尽如人意。美国研究人员的最新研究表明，人类基因组中的“垃圾DNA”，可能是每个人都长得与众不同的最终决定因素。
所谓“垃圾DNA”，是指人类基因组中曾被认为毫无用处的部分，它们在基因组中所占比例高达98%。但美国伯克利劳伦斯国家实验所的研究人员10月24日在《科学》杂志上报告说，他们发现“垃圾DNA”中有一些序列片段，可以像开关或放大器一样影响脸部基因的作用。眼睛的大小、鼻子的挺拔、头颅的形状等可能都与这些被称为“增强子”的序列片段密不可分。
研究负责人、遗传学家阿克塞尔·菲泽尔在一份声明中说：“人类基因组中可能有成千上万个增强子，它们都在某种程度上影响脸型的形成，但我们尚不清楚这些增强子都在怎样发挥作用。”
【4】Nat Struct Mol Biol ：”垃圾DNA”的片段信息或可改变基因组装方式
doi：10.1038/nsmb.2459
来自北卡罗来纳大学医学院的研究人员在一项新研究中阐明了我们的每个基因中，所谓的“垃圾”DNA（又称暗物质）执行的一种重要的调控功能。新研究揭示：包含在暗物质中的片段信息有可能改变了基因的组装方式。
研究的资深作者、北卡罗来纳大学医学院药理学助理教授、Lineberger综合癌症中心成员王泽峰（Zefeng Wang，音译）博士说：“这些小的遗传信息序列告诉基因如何剪接，或是提高或是抑制剪接过程。本研究为解析基因暗物质开启了大门。它有助于我们更深入地了解突变或多态性影响基因功能的机制。”
这一研究发布在2013年1月的《自然结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志上。
剪接的过程，或许可与电影行业的剪片过程相比，一些电影胶片片段被拼接到一起，另外一些则最终被弃之在剪辑室的地板上。
【5】Cell Rep：重磅级发现！科学家阐明“垃圾DNA”在癌症发生过程扮演的关键角色
DOI：10.1016/j.celrep.2017.02.072
近日，一项刊登在国际杂志Cell Reports上的研究报告中，来自马萨诸塞大学的研究人员通过研究表示，人类卫星II（Human satellite II，HSAT-II）是一种高度拷贝但目前尚未进行探索研究的人类基因组序列，其也被认为是垃圾DNA（junk DNA），但人类卫星II序列能够影响我们基因组中的主要调节元件，而且其在大约50%的肿瘤中都处于“错误”状态。当该序列被解除调节后，大量的重复性核苷酸序列就会被建立，而且癌细胞中主要的调节性蛋白会被挤入到核小体中，这很有可能会引发表观遗传不稳定性，从而就会驱动多种癌症的发生。
研究者Jeanne Lawrence表示，这些卫星重复序列就好像是主要调节因子的分子海绵一样，其能够控制其它基因的表达，随着时间流逝，当细胞衰老以及分裂时，这些改变就会造成遗传不稳定性的产生，进而就会导致特殊的癌症相关基因变得具有活性。目前人类基因组这一巨大的空白箱还没有被完全进行测序和绘图，HSAT-II包含了数百万个非常丰富的小型序列拷贝，而且其显微镜下就能够观察到某些染色体，尤其是1号染色体，由于HSAT-II的DNA在正常情况下处于甲基化状态，因此在健康细胞中其依然处于休眠状态，基于这个原因，研究人员无法对HSAT-II进行广泛的研究，而且研究人员也认为该序列并不会发挥作用，实际上，标准的基因组学实验会有意识地剔除掉HSAT-II的结果。
doi：10.1016/j.cell.2016.11.041
在一项新的研究中，来自美国麻省总医院的研究人员发现了之前被认为是非功能性的“垃圾”RNA分子的一种意想不到的作用：控制细胞对应激作出的反应。他们描述了之前已知抑制基因转录的两个组分—B2 RNA和作为一种之前已知仅沉默基因的酶，EZH2—之间的一种高度特异性的相互作用实际上诱导小鼠细胞应激反应基因表达。相关研究结果发表在2016年12月15日那期Cell期刊上，论文标题为“Destabilization of B2 RNA by EZH2 Activates the Stress Response”。
论文通信作者、麻省总医院分子生物学系Jeannie T. Lee博士说，“EZH2是一种被称作多梳抑制复合物2（Polycomb Repressive Complex 2， PRC2）的结构的一部分，其中PRC2沉默靶基因。但是这个领域存在的一个大的悖论是EZH2在有活性的基因和没有活性的基因中都可发现到。我们首次证实EZH2能够在PRC2复合物外面发挥作用：通过另一种机制激活基因—在这项研究中是通过切割B2 RNA来实现的，这种切割随后激活应激反应基因。”
【7】Nat Commun：“垃圾”DNA显神效——治疗乳腺癌
doi：10.1038/ncomms10406
近日，发表在国际杂志Nature Communications上的一项研究报告中，来自巴斯大学和剑桥大学的研究人员通过研究发现，位于基因间的垃圾DNA活在抑制癌症发生上扮演着重要角色；人类基因组中包含有大约3米长的DNA，这其中大约有2%的基因行驶着编码蛋白的作用，2000年人类全基因组测序完成后，科学家们就对那剩余的98%的DNA产生了特别浓厚的兴趣。
近些年来研究者发现，许多非编码DNA实际上都可以转录成为非编码的RNA，然而非编码的RNA到底在细胞中有没有功能目前科学界存在不同的看法，其中一部分原因就是目前研究人员很难在不损伤DNA的情况下敲除非编码的RNA，而这会引发一系列的脱靶效应及错误的结果。
文章中，研究人员发现，一系列不编码蛋白的DNA可以转录形成非编码RNA，而这一过程可以阻断细胞癌化；Adele Murrell博士说道，机体中细胞的数量往往根据细胞的复制和替换而达到一种动态平衡的过程，有时候控制细胞生长的开关会卡在“开启”的位置，从而引发癌症。随着肿瘤生长癌细胞就会聚集，癌细胞就会开始脱离原始肿瘤，改变形状并且通过血液转移到机体其它组织中去，这就称之为癌症转移，这个过程需要整个基因网络的调控。
doi：10.1016/j.cell.2015.02.043
在过去几年里，科学家们在长非编码RNA功能研究方面取得了显著进展，lncRNA作为多种生物学过程的重要调控因子，目前已经发现其在多种疾病过程如癌症的发展过程中具有重要作用。
近日，来自美国哈佛大学医学院的研究人员在著名国际学术期刊cell在线发表了他们的最新研究进展，他们发现lncRNA的一个亚型–假性基因可以作为竞争性内源RNA（ceRNA）促进BRAF表达和MAPK激活，导致癌症的发生。
假性基因是lncRNA的一个亚型，其来自于蛋白编码基因，但失去了编码蛋白质的能力，长期被当作基因组进化过程中产生的无功能性”垃圾”。但绝大多数假性基因都存在具有高度同源性并且具有蛋白编码功能的parental genes，并且能够参与其parental genes的转录后调控。
【9】Neuron：科学家发现“垃圾”DNA或是引发精神分裂症的罪魁祸首
doi：10.1016/j.neuron.2013.10.053
反转录转座子长被认为是“垃圾DNA”，但是近日一项刊登在国际杂志Neuron上的研究报道中，来自东京大学等处的研究者称，这种垃圾DNA或许在精神分裂症发病过程中扮演着重要角色；研究者在文中发现，一种名为LINE-1的反转录转座子在精神分裂症患者的大脑中水平很高，而且其可以修饰和精神分裂症相关的基因的表达情况，因此研究者推测其可能是引发精神分裂症发生的主要原因。
反转录转座子即为短的DNA序列，其可以沿着基因组不断延伸扩张，一种名为长散在重复序列（Long Interspersed Nuclear Elements，LINE）的反转录转座子在真核细胞基因组中占据着很大部分，其被认为和许多疾病比如癌症等发生相关。
doi：10.1016/j.cell.2013.06.052
近日，刊登在国际著名杂志Cell上的一篇研究报告中，来自悉尼雪梨百年研究所（Sydney’s Centenary Institute）的研究人员通过研究发现，人类机体DNA中97%的垃圾DNA虽然并不编码产生任何蛋白质的指令，可是其在控制细胞发育过程中也扮演着重要作用。
文中研究者揭示了一种以前未知的调节基因活性的分子机制，增加了我们对于细胞发育的了解，而且为开发新型靶向疗法提供了思路。研究者使用新一代的基因测序技术和复杂的计算机分析技术揭示了，特定的白细胞如何使用非编码的DNA来调节一系列控制形状和功能的基因的活性。
研究者Rasko表示，我们的研究发现非常有意思，这也为我们开发治疗多种疾病，包括癌症、白血病在内的很多疾病提供了帮助。信使RNA在翻译蛋白质之前需要被进行一定的加工，一般情况下，非编码的内含子需要被切割来产生功能性蛋白质的最后序列，许多内含子都包含有一些短的序列，俗称为终止密码子，其可以阻止蛋白质重新连接形成。
【11】Nat Methods：“垃圾基因”并非一无是处 研究发现其也编码蛋白
doi：10.1016/j.cell.2013.06.052
近日，刊登在国际著名杂志Cell上的一篇研究报告中，来自悉尼雪梨百年研究所（Sydney’s Centenary Institute）的研究人员通过研究发现，人类机体DNA中97%的垃圾DNA虽然并不编码产生任何蛋白质的指令，可是其在控制细胞发育过程中也扮演着重要作用。
文中研究者揭示了一种以前未知的调节基因活性的分子机制，增加了我们对于细胞发育的了解，而且为开发新型靶向疗法提供了思路。研究者使用新一代的基因测序技术和复杂的计算机分析技术揭示了，特定的白细胞如何使用非编码的DNA来调节一系列控制形状和功能的基因的活性。
研究者Rasko表示，我们的研究发现非常有意思，这也为我们开发治疗多种疾病，包括癌症、白血病在内的很多疾病提供了帮助。信使RNA在翻译蛋白质之前需要被进行一定的加工，一般情况下，非编码的内含子需要被切割来产生功能性蛋白质的最后序列，许多内含子都包含有一些短的序列，俗称为终止密码子，其可以阻止蛋白质重新连接形成。（基因宝jiyinbao.com）
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