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Science:揭示胞嘧啶甲基化调节人转录因子的DNA结合特异性机制

来源:生物谷 2017-05-06 23:17


2017年5月6日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自瑞典卡罗琳斯卡研究所的研究人员绘制出人细胞中的不同DNA结合蛋白如何对DNA分子的某些生化修饰作出反应。他们报道一些主调节蛋白能够激活基因组中在正常情形下因表观遗传变化而没有活性的区域。他们的发现有助更好地理解基因调节、胚胎发育和导致癌症等疾病的过程。相关研究结果发表在2017年5月5日的Science期刊上,论文标题为“Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors”。

DNA分子以由四种碱基组成的核苷酸序列的形式携带着遗传信息。这四种碱基是腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T),能够被认为基因组语言中的字母。较短的核苷酸序列形成确定体内的蛋白在何时和何处产生的DNA片段。

人体中几乎所有的细胞以非常相同的顺序含有相同的DNA序列。然而,不同的基因在不同的细胞类型中具有不同的活性,这允许这些细胞发挥着特定的功能。这种基因调节的关键在于特定的DNA结合蛋白,即结合到DNA序列上激活或抑制基因活性的转录因子。

DNA字母C存在两种形式:胞嘧啶(C)和甲基胞嘧啶(Ç),它们能够被认为是同一种字母(或者说碱基),差别在于前者没有重音符号,而后者具有重音符号,即Ç。DNA碱基甲基化是一种表观遗传修饰,即基因组中存在的一种生化变化,但这种变化不会改变DNA序列。字母C的这两种形式并不对基因表达的蛋白产生影响,但是它们能够对在何时和何处表达这些蛋白产生重大的影响。之前的研究已证实字母C发生甲基化的基因组区域经常是没有活性的,而且很多转录因子不能够结合到这种含有甲基化的Ç的序列上。

通过分析上百种不同的人转录因子,这些研究人员如今发现某些转录因子实际上偏好这种甲基化的Ç。它们其中就包括在胚胎发育中起着重要作用的转录因子,以及在前列腺癌和结直肠癌产生中发挥着重要作用的转录因子。

论文通信作者、卡罗琳斯卡研究所医学生物化学与生物物理学系研究员Jussi Taipale教授说,“这些结果提示着这些‘主’调节因子能够激活基因组中在正常情形下没有活性的区域,从而导致发育期间器官形成或者促进细胞中导致癌症等疾病的病理变化。”

这些结果为破解控制基因表达的遗传密码铺平道路,并且将对理解发育和疾病产生广泛的影响。对与疾病相关的基因组信息正以指数级增加的速率在获得。

Taipale教授说,“这项研究鉴定出DNA结构受到的这种表观遗传修饰如何影响转录因子的结合,这会增加我们对细胞中基因如何受到调节的理解,并且它进一步有助我们破译写到DNA中的语法。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出处:

Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Arttu Jolma et al. Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors. Science, 05 May 2017,356(6337), doi:10.1126/science.aaj2239

Timothy R. Hughes, Samuel A. Lambert. Transcription factors read epigenetics. Science, 05 May 2017,356(6337):489-490, doi:10.1126/science.aan2927

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