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大白鲨为何拥有抗癌、长寿、超强自愈能力?
发布时间:2019-03-07   点击次数:30次

理论上,动物拥有的细胞越多,发生癌症的几率也就越高,也就是说身体大小与癌症风险之间存在正相关的关系。但是人们发现大象、大白鲨等动物患癌的概率并不比人类高。显然,大型动物体内可能进化出了某种抗癌机制。

近年来,针对动物抗癌机制的基因研究成果纷纷发表,对同样拥有神奇抗癌能力的大白鲨却鲜有研究报道。近日,PNAS 发表了有关大白鲨的zui新基因研究成果,揭开了大白鲨抗癌、长寿、超强自愈能力的神秘面纱。通过对大白鲨进行全基因组测序,研究人员发现,大白鲨的基因组非常稳定,可以很好的保护基因,提高抗癌能力。此外,其基因组内的一些基因变化,可能是帮助该物种延续5亿年的关键。

该研究由美国诺瓦东南大学和康奈尔大学科学家领导的一个国际研究团队合作进行。大白鲨体型庞大,身长5~6米,体重可超3吨,寿命可超过70岁。该研究结果显示,大白鲨共有41对染色体,198×测序深度下基因组为4.63 Gbp,GC含量为43.95%,重复序列占58.55%,包括很大比例的转座子。

 

图:系统发育树示意图,包括该研究中用于正选择分析的鱼类。人类仅用于比较和进化参考。

大白鲨是一种古老的大型脊椎动物。最让科学家着迷的是它超强的自愈能力。有研究发现,鲨鱼受伤后,会在几周,甚至几天时间内愈合伤口。为了弄清楚其中的奥秘,研究人员通过对大白鲨、鲸鲨、银鲛和几种非软骨鱼类脊椎动物的基因组进行比较,分析了鲨鱼基因组稳定性、基因功能分类和途径的正向选择和富集。

 

图2. 大白鲨功能基因含量与其他脊椎动物的差异比较(GO富集方法)

基因组不稳定性也就是DNA损伤累积,可导致机体罹患癌症和各种老年性疾病。该研究发现,大白鲨的基因组非常稳定。伴随着基因组稳定性的提升,大白鲨的基因组在DNA修复、损伤反应和损伤耐受性中产生了大量的适应性变化。值得注意的是,DNA针对伤口愈合进行了许多基因调整,其基因组的很大一部分都用于伤口愈合。具体表现就是,大白鲨体内的凝血剂和蛋白质可以快速生成新的血肉,加速伤口愈合。

此外,大白鲨是海中的顶ji掠食者,被认为具有敏锐的嗅觉。令人意外的是,该研究只在其基因组中发现了有限的嗅觉基因,并发现其拥有一个扩展的vmeronasal(VR2)基因家族,表明大白鲨的嗅觉功能可能隐藏着另一种机制。

理论上来讲,鲨鱼和其他体型庞大、寿命长的动物都拥有更多的细胞,也比人类有更大的几率发生致癌基因突变。但奇怪的是,鲨鱼的癌症发病率并不高于人类。基于新的研究数据,研究人员认为,大白鲨基因组的稳定性,以及遗传变化在DNA修复、损伤反应和损伤耐受中的作用,或许可以解释为何鲨鱼没有更高的癌症发生率。

基因组不稳定性与多种严重人类疾病有关,了解这些动物基因组如何帮助这些动物预防癌症,可能对人类产生巨大的益处。据悉,该研究团队正在计划将鲨鱼稳定的基因转入试验小鼠体内,研究其DNA修复和抗癌能力。

解码大白鲨基因组,揭开其抗癌、长寿、超强自愈能力背后的秘密,有望为科学研究提供一套新的“钥匙”。虽然鲨鱼等动物的癌症发病率尚不清楚,但我们仍希望可以通过解码大白鲨等动物的基因组,从这些进化奇迹中学习更多东西,包括抗击癌症和年龄相关的疾病。

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