【博科园-科学科普-留言评论或建议有惊喜哦~( ^_^)】在美国出生的婴儿中，大约有750人有某种颅面畸形，约占出生缺陷的三分之一。这些颅面障碍中有许多是由“家务”基因突变引起的，之所以这么叫是因为它们需要基本的功能，比如构建蛋白质或复制DNA。人体的所有细胞都需要这些内生基因，因此科学家们一直想知道为什么这些突变会在面部组织中产生缺陷。麻省理工学院(MIT)和斯坦福大学(Stanford University)的研究人员现在已经发现了这种突变是如何导致在“叛变者-科林斯综合症”(- collins Syndrome)中出现的面部畸形的。这是一种疾病，在2.5万到1 / 5的婴儿中，1 / 5和1 / 5的婴儿会产生不发达的面部骨骼，尤其在颌骨和脸颊部位。
研究小组发现形成面部的胚胎细胞对突变更为敏感，因为它们更容易激活一种途径，在应激反应时诱导细胞死亡。这种途径是由一种叫做p53的蛋白质介导的。这项新发现标志着科学家们首次确定在胚胎发育过程中，家务基因突变是如何产生组织特异性效应的。麻省理工学院生物学助理教授、该研究的主要作者Eliezer Calo说：在分子水平上能够缩小在所有细胞中制造核糖体的常规调节器的问题，从而导致特定细胞类型的缺陷。斯坦福大学化学与系统生物学教授Joanna Wysocka是该研究的资深作者，该研究发表在1月24日的《自然》网络版上。
从对疾病的突变
背叛-柯林斯综合症”是由基因突变引起的，该基因编码了聚合酶的组装和功能所需的蛋白质。这些被称为TCOF1、POLR1C和POLR1D的蛋白质负责转录组成细胞细胞器的基因称为核糖体，核糖体对所有细胞都至关重要。我们试图理解的问题是当身体里的所有细胞都需要核糖体来运作时，制造核糖体所需的成分突变会导致颅面紊乱吗？在这种情况下你会认为所有的细胞类型都会受到同样的影响，但事实并非如此。在胚胎发育过程中这些突变特别影响一种被称为颅神经嵴细胞的胚胎细胞，这种细胞形成了面部。研究人员已经知道突变会破坏核糖体的形成，但他们不知道这是如何发生的。为了研究这一过程，研究人员对斑马鱼和一种叫做Xenopus的水生青蛙的幼虫进行了基因改造，以表达对这些突变的干扰。
研究人员已经发现，基本细胞功能所需的基因突变是如何产生特定于面部的先天缺陷的。图片版权：切尔西特纳/麻省理工学院
实验表明这种突变会导致一种叫做DDX21的酶的功能受损。当DDX21与DNA分离时，编码核糖体蛋白的基因不会被转录，因此核糖体缺少关键成分不能正常运作。然而这种DDX21的损失只发生在对p53激活高度敏感的细胞中，包括颅神经嵴细胞。卡洛说：这些细胞随后会被程序性细胞死亡，这导致了在“背叛-柯林斯综合征”中出现的面部畸形。其他的胚胎细胞，包括其他类型的神经嵴细胞，形成神经和身体的其他部位，如结缔组织，不受DDX21的损失影响。
DNA损伤的作用
研究人员还发现POLR1C和POLR1D的突变也会对DNA的延伸造成损害，DNA片段编码了组成核糖体的RNA分子。DNA损伤的数量与个体幼虫的畸形程度密切相关，而POLR1C的突变导致的DNA损伤远高于POLR1D的突变。研究人员认为，DNA损伤的这些差异可能解释了为什么在不同的个体之间，“背叛-科林斯”综合症的严重程度会有很大的不同。
Calo的实验室正在研究为什么受影响的细胞在这些特定的序列中会经历更大程度的DNA损伤。研究人员还在寻找一种化合物，通过使颅神经嵴细胞对p53诱导的细胞死亡具有更强的抵抗力，从而可能防止颅面缺陷。这种干预可能会产生很大的影响，但在胚胎发育的早期就必须有针对性，因为颅神经嵴细胞开始形成组织层，在人类胚胎发育的三周左右就会变成人脸。
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参考：Nature
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：麻省理工学院
编译：双螺旋
审校：博科园
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