人类基因组里，编码蛋白质的DNA大约仅占1%。至于剩下99%的DNA片段有啥功能，引起了长期的争论。除了已知一小部分起着调控作用，大量还没有被发现特殊功能的DNA片段，被人们简单粗暴地归为“垃圾DNA”。

《自然》子刊Nature Cell Biology上，近日发表了一篇有关“垃圾DNA”与血液再生的研究论文。德国马克斯·普朗克研究所、英国牛津大学等机构的科学家合作发现，在化疗之后，骨髓中的造血干细胞（HSC）会利用“垃圾DNA”转录产生的RNA分子增强活化，产生新鲜细胞，促进血液再生。

化疗是治疗癌症广泛使用的一种方法。化疗药物通过干扰各种生化过程杀死癌细胞，或抑制癌细胞的生长。但化疗对细胞的破坏除了影响癌细胞外，理论上也影响许多其他类型的细胞，包括血液循环中的多种血细胞。

因此，化疗之后，造血系统备受压力，不得不积极造血，以补充失去的血细胞。作为造血系统的源头，造血干细胞可以产生包括免疫细胞在内的大多数血细胞。正常情况下，造血干细胞待在骨髓中以休眠状态保存实力，但在化疗后，它们转为活跃状态，开始增殖和分化。

在这项研究中，科学家们揭示了化疗反应激活造血干细胞的过程。研究人员注意到，在此过程中，一类被称为“转座元件”的垃圾DNA起到了重要作用。

转座元件（简称TE）指的是可以在基因组中移动的DNA片段。它们看上去是病毒或细菌等病原体遗留下来的产物，经过数百万年的进化，融入了我们的基因组。

研究人员发现，化疗后，造血干细胞转录产生的RNA分子中，除了来自编码基因的“典型”RNA外，还有一部分来自TE转录产生的RNA。

这些RNA分子引起了科学家的好奇：化疗后出现的炎症信号增强与这些非典型RNA分子有关吗？因为造血干细胞上有一些受体可以诱导炎症，而这些受体的已知作用是感知病毒RNA。“我们假设，这些受体也许还可以结合转座元件的RNA。” 共同第一作者Aikaterini Polyzou博士解释说。

这一假设在后续实验中得到了验证。研究人员发现，转座元件RNA可以激活免疫受体MDA5，引发炎症反应，从而促使造血干细胞退出休眠状态，进入增殖状态。实验显示，如果没有转座元件RNA与MDA5的相互作用，造血干细胞的激活会变慢，效率变低。换句话说，对于化疗后的特殊时期，这些垃圾DNA产生的RNA分子有助于促进必需的血液再生。

▲研究示意图：转座元件产生的RNA与免疫受体MDA5结合，引发炎症反应，促使造血干细胞增殖（图片来源：参考资料[1]；绘图：BioRender.com）

造血干细胞的变化还提示研究人员，细胞在应对压力或需要改变状态时——例如在发育和衰老过程中，这类转座元件或其他类似RNA分子的参与或许不是个例，可能是一种进化适应。

参考资料：

[1] Clapes,T., Polyzou, A., Prater, P. et al. Chemotherapy-inducedtransposable elements activate MDA5 to enhance haematopoieticregeneration. Nat Cell Biol (2021).https://doi.org/10.1038/s41556-021-00707-9

[2] Sensing “junk” RNA after chemotherapyenhances blood regeneration Retrieved July 13, 2021 from https://www.ie-freiburg.mpg.de/5596478/news_publication_17186858_transferred