加工假基因

加工假基因（processed pseudogene）是指来源于功能基因的mRNA经逆转录后形成的cDNA片段整合至基因组中，丧失了原有编码能力的DNA序列。与未处理假基因（unprocessed pseudogene）不同，加工假基因缺乏内含子结构，两侧常伴有短的正向重复序列（target site duplications, TSDs），末端保留poly(A)尾特征，这些特征可作为鉴别的关键指标。加工假基因通常不与亲本基因连锁，而是随机分布于基因组其他位置，反映出逆转录转座事件的随机性。

加工假基因的形成涉及以下核心步骤：首先，功能基因在转录后产生mRNA分子。在某些条件下（如逆转录转座子L1元件的反向转录酶活性），这些mRNA被逆转录为双链cDNA。随后，该cDNA在DNA损伤修复或基因组重组过程中整合进入宿主基因组，通常以非位点特异性方式整合。整合位点常伴有TSDs的产生，长度一般为2-20 bp。由于加工假基因缺乏外部启动子，且整合后常积累终止密码子、移码突变或片段缺失，导致其无法翻译为全长蛋白质。此外，加工假基因也可能因组蛋白修饰和DNA甲基化等原因被沉默。

加工假基因的序列特征可总结为：① 无内含子，结构上与亲本基因的成熟mRNA一致；② 末端存在多聚腺苷酸（poly(A)）尾，长度从几十到上百碱基不等；③ 两侧有短的正向重复序列（TSDs），是整合事件的直接证据；④ 序列上通常存在提前终止密码子、移码突变或缺失，造成开放阅读框（ORF）中断。生物信息学方法常通过比对亲本基因的cDNA与基因组序列，借助上述特征来预测加工假基因。常用数据库如Pseudogene.org、GENCODE等提供了丰富的注释信息。

早期观点认为加工假基因是“基因组垃圾”，但近年研究揭示了其重要生物学功能。加工假基因可转录为长链非编码RNA，发挥ceRNA作用，通过竞争miRNA结合位点来调控亲本基因表达。例如，PTENP1假基因转录产物可吸附miR-21等miRNA，从而保护PTEN mRNA免受沉默。此外，加工假基因转录本可作为siRNA前体，参与基因表达调控。在癌症等疾病中，加工假基因突变或表达异常与肿瘤发生、发展及耐药性相关。例如，BRAF假基因BRAF-AS1在多种癌症中异常表达，可作为诊断标志物。在进化研究中，加工假基因记录了基因复制与假基因化的历史，有助于理解基因组演化历程。

加工假基因的概念最早于1977年由Jacq等人在研究非洲爪蟾5S rRNA基因时提出。随后，人们在小鼠α-珠蛋白和β-珠蛋白基因簇中发现了加工假基因实例。随着基因组测序技术的发展，大规模加工假基因的鉴定成为可能。人类基因组计划初步揭示了约2,000个加工假基因，而最新估计表明人类基因组含有约10,000-20,000个加工假基因。近年来，高通量转录组和表观基因组数据极大地促进了加工假基因功能研究。

加工假基因的异常与多种疾病相关。例如，PTENP1假基因的缺失或甲基化沉默在多种癌症中导致PTEN表达下调，促进肿瘤增殖。此外，加工假基因的突变可能产生异常转录本，干扰正常基因调控。在遗传病中，加工假基因的异常重组可能导致基因组重排，引发疾病。例如，L1逆转录转座介导的加工假基因插入曾报道引起血友病A等疾病。加工假基因在疾病诊断和治疗中具有潜在应用前景，通过检测其表达水平可作为肿瘤标志物，而干扰其ceRNA功能可能成为治疗策略。

加工假基因的鉴定常基于生物信息学方法，利用BLAST、BLAT等工具将亲本基因cDNA比对至基因组，再筛选无内含子、有poly(A)尾和TSD特征的高相似序列。实验验证常用RT-PCR、3' RACE和Northern blot检测其转录本。功能研究则利用CRISPR/Cas9敲除假基因位点、RNA干扰或过表达技术，检测对亲本基因及下游通路的效应。高通量测序方法如RNA-seq、ChIP-seq等可系统研究加工假基因的表达和调控。CRISPR-Cas9靶向技术已成功用于探究加工假基因的体内功能。

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