由芝加哥大學(xué)知名華人科學(xué)家何川教授與同濟(jì)大學(xué)高亞威教授、高紹榮教授合作帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，在***學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表論文，揭示了哺乳動(dòng)物細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中一條不為人知的遺傳調(diào)控途徑。何川教授指出：“這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)我們理解哺乳動(dòng)物的發(fā)育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”

這項(xiàng)工作聚焦于發(fā)生在RNA分子上的一種可逆變化。RNA，尤其信使RNA（mRNA），是DNA和細(xì)胞制造蛋白過(guò)程之間的“中介”。從RNA翻譯為蛋白質(zhì)，細(xì)胞會(huì)利用各種酶在RNA上添加或去除化學(xué)基團(tuán)。這些化學(xué)修飾雖然不影響RNA的分子序列，卻能改變RNA的分子結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和功能，并***終影響特定mRNA翻譯為蛋白質(zhì)，也就是改變基因表達(dá)。

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，N6-甲基腺嘌呤 (m6A) 是mRNA***常見(jiàn)和***廣泛的修飾。2011年，何川教授與同事們率先發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO（脂肪量和肥胖相關(guān)蛋白）扮演了擦除m6A修飾的重要角色。FTO也是***種已知的可以擦除RNA上化學(xué)修飾的蛋白酶，這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了全新的RNA表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域。

一系列研究顯示，盡管FTO從名字上看僅與肥胖有密切關(guān)系（FTO也的確影響肥胖），這個(gè)蛋白在哺乳動(dòng)物的發(fā)育中至關(guān)重要。尤其是在***關(guān)鍵的兩個(gè)器官——大腦和心臟的發(fā)育中起重要作用，缺少FTO基因或是基因出錯(cuò)的動(dòng)物有嚴(yán)重缺陷，幾乎無(wú)法活著出生。

研究人員們猜測(cè)，F(xiàn)TO參與的各項(xiàng)功能中，執(zhí)行RNA去甲基化的工作或許正是這一蛋白***根本的角色。而要證實(shí)這一點(diǎn)，找出FTO在組織和發(fā)育過(guò)程中的主要生理底物，成為亟待解開(kāi)的謎團(tuán)。

正是在此次的研究中，科學(xué)家們找到了關(guān)鍵線索。他們發(fā)現(xiàn)，在小鼠胚胎干細(xì)胞 (mESCs) 中，F(xiàn)TO介導(dǎo)了逆轉(zhuǎn)座子LINE1（long interspersed nuclear element-1）RNA 的m6A去甲基化。

▲FTO通過(guò)介導(dǎo)LINE1 RNA 的m6A去甲基化，影響染色質(zhì)的狀態(tài)

逆轉(zhuǎn)座子以RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后可以在整個(gè)基因組中移動(dòng)，有時(shí)也被稱為“跳躍基因”。LINE就是這種一種遺傳元件，大量存在于人類基因組中，約占人類基因組的18%，出現(xiàn)次數(shù)將近140萬(wàn)次。

這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO通過(guò)調(diào)節(jié)LINE1 RNA的甲基化，塑造了局部染色質(zhì)狀態(tài)，進(jìn)而影響含有LINE1元件的基因在什么時(shí)候打開(kāi)、什么時(shí)候關(guān)閉。

這些功能在動(dòng)物胚胎在生長(zhǎng)和發(fā)育時(shí)尤為重要。研究人員在小鼠卵母細(xì)胞和胚胎發(fā)育過(guò)程中觀察到，如果缺少FTO、無(wú)法控制LINE元件，細(xì)胞就無(wú)法正確調(diào)節(jié)其基因表達(dá)，在動(dòng)物發(fā)育的早期就產(chǎn)生問(wèn)題。

研究人員在論文摘要的***后總結(jié)說(shuō)：“我們的結(jié)果表明，F(xiàn)TO對(duì)哺乳動(dòng)物的 LINE1 RNA m6A 去甲基化具有廣泛影響?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)不但為理解哺乳動(dòng)物發(fā)育的基本過(guò)程、相關(guān)疾病提供了新的研究途徑，還可能為其他生物技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟新方向。例如，何川教授與其合作者在不久前發(fā)現(xiàn)，將Fto基因引入水稻等作物中，能刺激它們產(chǎn)生更長(zhǎng)的根系，作物產(chǎn)量增加50%。“我們還不知道FTO在植物中起作用的確切機(jī)制，但此次的新發(fā)現(xiàn)或許提示了FTO可能作用于植物基因組中的逆轉(zhuǎn)座子，這將是一條有價(jià)值的線索。”何教授說(shuō)。