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Science:新研究打破人们对基因如何影响早期胚胎发育的常规理解

来源:本站原创 2019-01-10 22:50

2019年1月10日/生物谷BIOON/---我们的身体大约有14万亿个细胞,每个细胞含有一个细胞核,每个细胞核含有长2米宽20个原子的DNA。为了适应每个细胞核,DNA缠绕在特定的蛋白周围。这些缠绕的DNA抑制基因调控蛋白结合到基因组中的蛋白编码片段上,这有助于将细胞不需要的基因保持在“关闭”位置。

到目前为止,人们尚不清楚这种DNA包装如何影响早期胚胎的发育。在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现在小鼠胚胎---受精后仅8天大---中,基因组中的紧凑包装区域在蛋白编码基因上增加了。在这种细胞分化阶段几天后,这些紧密包装的基因组区域松散开来,从而允许某些基因被读取和产生相应的蛋白。相关研究结果于2019年1月4日在线发表在Science期刊上,论文标题为“H3K9me3-heterochromatin loss at protein-coding genes enables developmental lineage specification”。
图片来自Dario Nicetto, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania。

论文通讯作者、宾夕法尼亚大学再生研究所主任Ken Zaret博士说,“这意味着我们在对早期胚胎中基因如何受到控制的理解上发生了根本性变化,即便我们迄今为止还不能观察到所有潜在的临床影响。这项研究证实基因活性处于‘关闭状态’在早期的动物发育中起着重要作用。”

论文第一作者、Zaret实验室的博士后研究员Dario Nicetto博士解释道,他和其他的论文共同作者认为,在发育的最初阶段,更加紧凑包装的基因编码区域产生的目的在于细胞能够对哪些基因应当表达蛋白作出快速的“决定”。然而,如果基因在正确的区域不处于开启状态就不能够被读取和产生适当的蛋白,那么细胞就会失去它们正确的身份并产生受损的组织,并最终导致死亡。

这些研究人员还发现紧凑包装区域受到三个甲基分子的标记,其中这些标记事件在基因组中的特定蛋白结合位点上发生。简单来说,更多的三甲基化导致更多的紧凑包装,这意味着较少的基因组产生用于最终产生全长蛋白的mRNA。另一方面,较少的三甲基化意味着较少的紧凑包装,因此更多的基因组区域经转录后产生发挥功能的蛋白。

这些研究人员发现如果他们让三种添加甲基基团到染色体上的甲基转移酶失活,那么这就会导致细胞在不适当的位置上表达不合适的基因,这最终会导致组织死亡。比如,他们发现肝细胞中通常处于“关闭状态”的基因一旦被激活,这就会导致肝细胞死亡并最终导致肝功能不足。

未来的研究将探究这三种甲基转移酶如何了解基因组的哪些区域需要处于关闭状态。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Dario Nicetto et al. H3K9me3-heterochromatin loss at protein coding genes enables developmental lineage specification. Science, 2019, doi:10.1126/science.aau0583.
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