MIT华人科学家张曙光意外发现 “假基因”是功能性基因

【中美创新时报波士顿11月2日讯】（记者温友平）机会总是留给有准备的人。麻省理工学院（MIT）媒体实验室首席研究科学家张曙光教授研究团队在经过了五年坚持不懈的实验研究后意外发现——截短的免疫系统受体具有调节细胞功能。这一重大发现，使得一直以来被认为是无功能的非全长趋化因子受体（“假基因”），实际上是具有功能性的基因，同时也为探索非全长趋化因子受体的生理功能开辟了新领域。

与免疫有关的蛋白质受体的缩短版本，长期以来被认为是不完整的、没有功能的，人们称之为“假基因”。尽管以前认为截短结构的趋化因子受体在生物学上是无关紧要的，但张曙光研究团队成员庆睿、陶飞和Pranam Chatterjee以第一作者在Cell Press的iScience 期刊上发表的科学论文中指出，截短形式的两种这样的受体CXCR4和CCR5与它们相应的配体结合并在蛋白功能中起作用。张曙光使用日常类比来描述缩短的受体的结合能力。他说：“接收器就像我们拿着茶杯的手，你不需要五个手指即可握住它。两个手指就足够了。”

张曙光教授介绍说，“截短的免疫系统受体具有调节细胞功能”，是他所率领的麻省理工学院媒体实验室分子机器小组分子结构实验室在经过了五年坚持不懈地研究实验的重大意外发现，其署名科学论文也是在经过连续六家专业杂志的投稿均被退稿后最终被认同发现的。他强调说，一切创新的研究成果都是一开始很难被发现和认同的。

“这一出人意料的发现，即短受体可以识别其各自的配体，这有可能为生物学的调节系统带来新的前景，这可能会刺激研究人员提出被忽视的问题，超越当前的模式来发现表征和设计蛋白质，并开发新技术和新医学。”张曙光说。

这一重大发现将用以癌症治疗。截短受体转化后的天然变体不仅可以表达在细胞膜上，与它们各自的配体相互作用，而且还显示出对全长受体的调节作用。张曙光指出，这一现象需要进一步研究和试验，但解释了它可能如何导致治疗以阻止癌症等疾病。“癌细胞通常诱导错误的细胞信号传导过程。在许多情况下，它们过度表达G蛋白偶联受体，包括趋化因子受体CXCR4和CCR5。截短但功能正常的受体可能会干扰癌细胞的信号传导。”张曙光说。

调节全长受体与表面蛋白的结合也可能会阻碍病毒的进入，从而减少或预防感染。张曙光和他的同事们还在开发水溶性诱饵受体，该受体是天然受体的功能等同物，可以“吸收”配体，从而减少转移。他们所发表的科学论文解释了细胞因子如何利用这样的技术减退细胞因子风暴，在Covid-19 和其他病毒或细菌感染，包括HIV和肝炎患者中产生的过度免疫反应。“将这些结果与当前截短的受体研究相结合，我们旨在对正在开发的潜在系统的结构和功能进行更多控制，”张曙光说。

张曙光说，非全长但有功能的CXCR4和CCR5的发现提出了许多问题，例如生物体中可以存在的最小的功能性受体是什么，以及是否在所有基因组中都有专门编码非全长受体的DNA序列。他认为，“假基因”是截短的基因，它极有可能行驶特殊的生理功能。

瑞典查尔默斯理工大学物理化学系主席BengtNordén教授认为，张曙光及其团队功能性截短受体的意外发现重新引入了有关截短基因的重新审视问题。2018年诺贝尔奖获得者Sir Greg教授评价说，它可能代表着一种普遍存在调控模式，认为这种通过张曙光的QTY人工设计实现蛋白质水溶化的方法在生物技术中是非常有用的。剑桥大学的Tom Blundell教授一直从事分枝杆菌的研究，在细菌中发现了大量的假基因，他认为这个发现极其重要，与他们的微生物假基因研究不谋而合。

意想不到的发现已导致科学上的许多重大突破。张曙光说：“意外发现常常使我们的知识盲区更加清晰。最重要的科学意义是激发人们对我们错过或遗忘的事物提出疑问，剥去知识洋葱的另一层来研究科学研究的复杂性。意外发现常常为开发新技术和许多应用打开了许多可能的方式。他们迫使人们重新思考。”（完）

图片：麻省理工学院媒体实验室首席研究科学家张曙光教授。（记者温友平摄影）