JCB:“流放”DNA的表觀遺傳學修飾
日期:2015-01-13 08:48:49
皮膚細胞在發揮作用時啟動的基因與肝細胞完全不同,而其他基因需要保持關閉。將基因“流放”到細胞核邊緣,是能夠一舉關閉大量基因的重要途徑。Johns Hopkins大學的一項新研究揭示了DNA被發配到細胞核邊疆的具體機制,這一過程對于控制基因表達和決定細胞命運至關重要。相關論文發表在近期的Journal of Cell Biology雜志上。
“我們發現,特定DNA序列和蛋白標簽將DNA送到細胞核邊緣,令相應基因保持沉默,” Johns Hopkins大學醫學院的助理教授Karen Reddy說。
我們可以將細胞核看作是一個充滿了DNA雙鏈的圓形房間,來來去去的蛋白開啟、關閉、剪切、修補和讀取這些序列。在細胞核的邊緣,核纖層網絡在核膜內側支持著細胞核的形態。近年來越來越多的證據表明,這一網絡并不僅僅是個支持性的結構,也和細胞關閉大量基因的能力有關。人們認為,被“流放”的DNA片段粘附在核纖層上,讓蛋白因子難以靠近。
這種關閉一整片基因組的方法,在發育過程中特別有用。胚胎中的細胞有著不同的命運,需要用同樣的基因組合成不同的蛋白質。不過科學家們還不清楚,是什么在合適的時間把特定DNA送到核纖層的。
Reddy及其同事收集了小鼠的未成熟類皮膚細胞和成熟免疫系統細胞,在這兩種細胞中比較了粘附在核纖層上的DNA片段,鑒定了差異性基因附近的不同點。他們發現,粘附在核纖層上的DNA區域是相當一致的,不存在只是偶爾連在核纖層上的“灰色區域”。
隨后,研究人員切下了與核纖層相連的DNA片段,并將其插入測試細胞的染色體,觀察附近染色體片段移動到核纖層的過程。研究顯示,這些片段與蛋白YY1結合,而YY1將其周圍的DNA送到核纖層。
研究人員指出,DNA移動到核纖層需要兩個分子標簽。這些標簽位于組蛋白上,屬于一種經典的表觀遺傳學調控——甲基化。表觀遺傳學調控是一種不涉及DNA序列的基因調控機制。YY1將負責甲基化的蛋白招募到組蛋白上,不過目前還不清楚YY1是否還有其他功能,比如像磁石一樣把DNA連到核纖層。
“這是首次發現DNA連上核纖層,與特定組合的表觀遺傳學修飾有關,”Reddy說。“現在我們感興趣的是,不同類型的細胞如何利用這一機制來調節不同的基因。”
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