到目前为止，人们认为大多数L1元素在现代人的正常组织中已经失去了跳跃的能力。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，导致个体一生中基因组突变的积累。
实验设计
来源:KAIST癌症基因组实验室
韩国科学技术院(KAIST)等处完成了一项突破性的研究，针对的是人类大肠全基因组中的“跳跃基因”。该研究发表在2023年5月18日的《自然》杂志上，揭示了“LINE-1(L1)”的惊人活动，这是一种跳跃基因，以前被认为在人类基因组中大多处于休眠状态。该研究表明，L1基因可以在个体的一生中被激活并破坏基因组功能，特别是在结直肠上皮中。
人体大约有50万个LINE-1(long interspersed nuclear elements 1,长散布重复序列1,简称L1，生物通注)，占人类基因组的17%，它们通过对基因组序列进行“破坏性创新”，对人类物种的进化做出了贡献。到目前为止，人们认为大多数L1元素在现代人的正常组织中已经失去了跳跃的能力。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，导致个体一生中基因组突变的积累。在不同的细胞类型中，L1跳跃的速率和由此产生的基因组变化有所不同，在衰老的结肠上皮细胞中观察到一个明显的丰度。该研究表明，每个结肠上皮细胞平均在40岁时经历一次L1跳跃事件。
这项研究由共同第一作者Chang Hyun Nam（KAIST的研究生）和Jeonghwan Youk博士（KAIST的前研究生）领导，他们对28人的皮肤(成纤维细胞)、血液、结肠上皮组织等899个单细胞进行了全基因组序列分析。该研究揭示了正常细胞中L1跳跃基因的激活，导致基因组突变随着时间的推移逐渐积累。
此外，研究小组探索了表观基因组(DNA甲基化)序列，了解L1跳跃基因激活背后的机制。他们发现，L1跳跃基因激活的细胞表现出表观遗传的不稳定性，这表明表观遗传变化在调节L1跳跃基因活性方面起着关键作用。这些表观基因组的不稳定性大多发生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的发展提供了有价值的见解。
KAIST的Young Seok Ju教授表示:“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中获得的，而且是通过内源性成分的活性获得的，而内源性成分的影响此前尚不清楚。看起来健康的衰老细胞，特别是结直肠上皮细胞的基因组，由于L1跳跃基因的活性而变成交联了。”
首尔大学医院外科教授Min Jung Kim表示:“这项研究强调了临床医学和基础医学研究人员之间的必要和持续的合作。该病例突出了从临床环境中系统收集的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的进步取得了成果。我们将继续努力，在单细胞基因组技术上保持领先地位。”
研究团队得到了韩国国立研究基金会的研究领袖计划和青年研究员计划的支持，韩国健康产业发展研究院的医学博士/医学科学家培训计划和徐庆培基金会的资助。
参考文献：Widespread somatic L1 retrotransposition in normal colorectal epithelium
