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了解DNA是如何被选择性地标记为禁止使用标记的

2019-01-09 21:16:16 • 来源：

并不是所有的基因组在任何时候都需要激活。如果不加控制，有些区域很容易以有问题的方式在基因组周围跳跃;另一些则是为特定细胞或特定时间需要关闭的基因编码。细胞控制这些遗传元素的一种方法是使用化学上的“禁止使用”标志。这种被称为DNA甲基化的化学信号，已知在不同的细胞类型或细胞发育的不同阶段存在差异，但细胞如何调节DNA甲基化标记的确切位置的细节仍不清楚。

了解DNA是如何被选择性地标记为禁止使用标记的

索尔克大学研究植物的科学家们发现了一小类蛋白质，它们控制着基因组中DNA甲基化标记的添加位置。他们在基因调控这方面的工作与从正常发育到细胞缺陷和疾病的过程高度相关，这些过程可能分别由植物和/或人类中错误的DNA甲基化模式引起。他们的论文发表在2018年5月7日的《自然遗传学》杂志上。

“如果我们想了解DNA甲基化模式的差异会导致植物的发育缺陷,或者在人类疾病如癌症,我们需要了解基因组DNA甲基化是针对特定区域的在正常情况下,“沙克说朱莉法律助理教授,论文的资深作者。“到目前为止，能够以如此精确的方式控制甲基化的因素一直难以捉摸。”

Law研究的是一种容易生长的杂草，拟南芥，它是第一种完成基因组测序的植物。在接下来的几年里，包括劳在内的科学家们一直在努力描述和理解这种植物的DNA甲基化模式，这种模式会在不改变DNA编码本身的情况下影响基因活性。这个过程在植物和动物中是相似的，但是在拟南芥中研究DNA甲基化要容易得多，因为植物比动物更能忍受甲基化缺陷，在动物中，甲基化的全局变化往往是致命的。

Law感兴趣的是了解控制DNA甲基化的途径是如何被调控的，不仅是为了控制整体甲基化模式，而且是为了使个体区域的调控成为可能——这是在给定的生物体中产生不同的DNA甲基化模式的关键一步。

在此之前，已知一种名为RNA聚合酶IV (Pol-IV)的蛋白质复合物在建立DNA甲基化模式方面发挥着全球性的作用。这种聚合酶产生一种叫做siRNAs的小分子信息，其作用类似于分子GPS系统，指示基因组中甲基化应该靶向的所有位置。然而，这种聚合酶是如何被调节来控制DNA甲基化在个体基因组的位置尚不清楚。

为了解决这个问题，劳的实验室采用了一种基因-基因组结合的方法，研究了四种相关蛋白的功能，这四种蛋白被认为可能调节Pol-IV。结果发现，每一个上等基因的破坏都会导致不同的基因组区域——在不同的位置——失去它们的siRNA信号，导致DNA甲基化水平降低。更引人注目的是，当所有四种优质基因都被破坏时，siRNA信号和DNA甲基化在整个基因组中丢失。

索尔克研究所的研究员、论文的第一作者周明(音译)说:“在一流的四倍突变体中，Pol-IV信号完全消失了——基本上没有产生siRNAs。”“这是非常有力的证据，证明CLASSYs是Pol-IV函数所必需的。”

当Law的研究小组进一步探究时，他们发现，一流突变体中的DNA甲基化缺陷导致一些基因被错误地打开，导致移动DNA元素的甲基化在全球范围内下降，增加了它们四处移动的潜力，扰乱了基本的基因活动。

“CLASSYs是一个大型超家族的一部分，对于植物和动物来说都很常见，”Law补充说，他是赫斯特基金会发展主席。“我们希望通过了解特定的甲基化模式是如何在植物中产生的，我们可以对DNA甲基化在其他生物中是如何调控的提供见解。”

了解这种调节DNA甲基化的机制，可以帮助科学家开发出纠正表观遗传缺陷的策略。表观遗传缺陷与作物减产或疾病(如癌症)有关。在未来，该实验室的兴趣是探索DNA甲基化模式是如何在发展过程中控制和对环境的反应。

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