研究揭示人逆转座子LINE-1靶向整合基因组重要机制

　　人类基因组中存在大量具有“跳跃”能力的逆转座子序列。在胚胎发育早期、免疫及神经系统等特定阶段和环境下，它们会被激活并发挥重要生理功能。在病毒感染、肿瘤发生及机体衰老等状态下，它们通常会持续异常活化，使基因调控紊乱和基因组不稳定。

　　人体唯一具有自主转座活性的逆转座子——长散在元件1（LINE-1），是大多数逆转座子的迁移载体。其异常逆转座活性，被认为与病毒基因整合、癌细胞及衰老细胞中的基因组紊乱等相关。LINE-1逆转座过程，由其编码的逆转录酶ORF2p，通过靶向启动逆转录（TPRT）机制完成。目前，学界关于其靶向整合的分子机制尚不明晰。

　　10月9日，中国科学院生物物理研究所研究团队，系统解析了LINE-1逆转座过程中RNA识别、DNA靶向切割及核酸内切酶活性调控等问题，阐明了复制偶联的逆转座机制。在该研究中，科研人员纯化了处于活跃转座状态的ORF2p-内源核酸复合物，并通过单颗粒冷冻电镜解析了高分辨率三维结构，揭示了ORF2p通过表面强电荷与基因组DNA相结合，在RT逆转录活性中心通过多个氨基酸变构调节，进行cDNA合成的分子模型。

同时，研究团队建立了高效的ORF2p体外DNA切割体系，发现了ORF2p对特定分叉结构的DNA底物，尤其是DNA复制后滞链特有的flap结构，表现出较高的活性。进一步，核酸内切酶结构域的构象变化，使ORF2p实现DNA双链的分步切割。

这一研究首次证明了ORF2p是依赖于DNA底物结构的核酸内切酶，揭示了LINE-1整合与细胞复制周期相关的分子基础。同时，该研究从结构和生化角度，阐明了LINE-1逆转座过程中，核酸底物结合模式和DNA结构介导的靶向切割机制，揭示了逆转座酶在进化过程中的保守和变异特征，即逆转录活性高度保守，且DNA识别与切割方式存在显著差异，刷新了学界对LINE-1逆转座机制的认知，为基于逆转座调控的药物研发提供了新的理论依据。

相关研究成果以Mechanism of DNA targeting by human LINE-1为题，发表在《科学》（Science）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院的支持。

论文链接

LINE-1 ORF2p功能逆转座复合物的结构

LINE-1逆转座酶靶向切割DNA的分子机制