新外显子的起源与功能及短同源序列介导转录滑动产生嵌合RNA 的研究

新外显子的起源是一种重要的增加转录组和蛋白质组多样性的分子机制。 对于新外显子及其父本基因的进化和功能特征方面还有很多重要的问题有待于 解决。本研究首先在全基因组水平上鉴定在人和小鼠中产生的新外显子，随后 对这些外显子及其父本基因作进化和功能上的分析。我们发现新外显子倾向于 位于基因的UTR 区域，尤其是5’ UTR 区域，这表明可能有些新外显子的出现 与基因的表达调控相关。我们还发现，产生新外显子的基因具有较高的组织表 达特异性，其基因功能倾向于细胞调控和与外界环境相互作用。通过对外群中 直系同源基因的分析，我们的结果表明进化速率较高的基因更容易获得新的外 显子，纠正了先前认为的获得新外显子会加速基因进化速率的看法。 我们对哺乳类CDYL 基因家族中产生的新外显子进行了具体的进化分析和 功能研究。我们的结果表明CDYL 基因在哺乳类分化前在原先的基因上游区域 获得了一个新的启动子和三个新的外显子。随后在哺乳动物各个支系的分化中， CDYL 基因在小鼠，狗和人中分别独立的进化出一个新的外显子。同源比对的 结果表明，这些新外显子是通过内含子序列的外显子化这一分子机制产生。近 缘物种间的进化速率的计算结果表明这些新产生的外显子具有快速进化的模 式，并且其快速进化可能是由正选择所驱动。在人中，多种突变包括新外显子 的获得，启动子的改变，选择性剪切的发生使得人的CDYL 基因获得了一种新 的编码更长蛋白质的剪切体。在人Hela 细胞系中的实验表明，新产生的蛋白质 与原有的蛋白质相比都具有显著的转录抑制活性，但新的蛋白质的转录抑制活 性较弱，且两者之间存在相互干扰的关系。这一结果表明通过新外显子的获得 产生的新的蛋白质可以丰富原有的基因表达调控体系，使得生物体的调控网络 更加精确。 嵌合RNA 通常认为是由来源于不同的pre-mRNA 的外显子通过反式剪切连 接在一起形成的。这一现象在包括多种动物和植物中被广泛的报道。我们的研 究首先通过大规模表达序列（ESTs）的搜索，在酵母，果蝇，小鼠和人中鉴定 到了大量的嵌合RNA。这一结果表明形成嵌合RNA 在真核生物中是一种普遍 的生物学过程，是一种重要的增加转录组和蛋白质组的多样性的分子机制。对 嵌合RNA 的序列分析表明，仅有<20%的嵌合RNA 在接合处可以找到典型的剪切位点 GU-AG，可以用经典的反式剪切模型来解释其产生机制。然而有意思的 是，我们在大约一半的嵌合RNA 的供体基因之间找到了短的同源序列，这一发 现使我们提出了一种新的分子机制来解释这些嵌合RNA 的形成，我们称之为 “转录滑动”模型。在酵母我们，我们用实验的方法验证了短同源序列对形成嵌 合RNA 的必要性，有力地支持了我们这一模型。