困擾科學(xué)60年的DNA復(fù)制之謎被解開

在過去的60年里，科學(xué)家們已經(jīng)能夠觀察到遺傳信息是如何以及何時(shí)被復(fù)制的，確定了“復(fù)制時(shí)間順序”的存在，這是一個(gè)控制DNA片段何時(shí)以及以何種順序復(fù)制的過程。然而，科學(xué)家仍然無法解釋為什么存在這樣一個(gè)特定的時(shí)間順序。在日前發(fā)表的一項(xiàng)研究中，David Gilbert博士和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)回答了這個(gè)困擾科學(xué)家60年的問題。

“為什么細(xì)胞會(huì)‘關(guān)心它們復(fù)制DNA的順序？”首席科學(xué)家Gilbert博士問?！爱吘埂屑?xì)胞都需要復(fù)制它們所有的DNA。我們的假設(shè)一直是，復(fù)制的不僅僅是DNA，還有所有讀取DNA的調(diào)節(jié)分子也在復(fù)制。”Gilbert博士進(jìn)一步假設(shè)，復(fù)制時(shí)間順序和過程背后可能有一個(gè)目的，因?yàn)椤按笞匀荒赣H不會(huì)浪費(fèi)這個(gè)機(jī)會(huì)來控制DNA的讀取方式”。

“你復(fù)制的時(shí)間提供了一個(gè)理想的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間選擇是維持所有的調(diào)節(jié)因素，繼續(xù)對DNA中的信息進(jìn)行相同的功能解釋，還是改變它以引起新的功能?！盙ilbert博士解釋說。

在過去的13年里，Gilbert博士和他的團(tuán)隊(duì)表示，每種類型的細(xì)胞都有一個(gè)獨(dú)特的復(fù)制時(shí)間順序，而且患病的細(xì)胞在該順序中有著明顯的改變。在這項(xiàng)研究中，Gilbert博士和他的團(tuán)隊(duì)研究了“復(fù)制時(shí)間順序”的變化如何影響DNA與其調(diào)節(jié)因子的包裝，這些因子統(tǒng)稱為表觀基因組。表觀基因組是被認(rèn)為控制細(xì)胞“身份”的調(diào)節(jié)因素，以及細(xì)胞將執(zhí)行的功能。

通過消除一種名為RIF1的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)有助于調(diào)節(jié)DNA復(fù)制，他們發(fā)現(xiàn)，復(fù)制順序、有時(shí)幾乎完全消失，因此，在不同的細(xì)胞中，染色體的所有片段都在不同的時(shí)間進(jìn)行復(fù)制。沒有RIF1，如果細(xì)胞被阻止復(fù)制DNA，它們的表觀基因組就會(huì)很好。然而，一旦DNA開始復(fù)制，與DNA相關(guān)的調(diào)節(jié)分子就會(huì)被錯(cuò)誤地納入，并隨著每一輪DNA復(fù)制的進(jìn)行而惡化。最終，染色體的三維折疊也被改變了。

Gilbert博士認(rèn)為，當(dāng)表觀基因組被改變復(fù)制時(shí)間順序而破壞時(shí)，細(xì)胞可能不再執(zhí)行其正常功能，或者它們可能執(zhí)行不適當(dāng)?shù)墓δ?。這些不適當(dāng)?shù)墓δ芸赡軙?huì)對一個(gè)人的健康產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。

Gilbert博士說：“我們和其他人之前已經(jīng)表明，該順序在許多疾病中被改變了。我們的實(shí)驗(yàn)室最近顯示了特定的時(shí)間改變模式，這些模式在統(tǒng)計(jì)學(xué)上與小兒白血病的不良結(jié)果有關(guān)，在另一項(xiàng)研究中與早衰疾病有關(guān)?！?/p>

因此，復(fù)制時(shí)間順序計(jì)劃提供了一個(gè)全新的分子途徑和生物標(biāo)志物流派，導(dǎo)致并識別疾病狀態(tài)。這可能會(huì)導(dǎo)致更早的診斷和對病人更準(zhǔn)確的預(yù)后。

雖然Gilbert博士的工作已經(jīng)回答了一個(gè)重要的問題，但他并不打算在此停留。“我們認(rèn)為，表觀基因組……不僅對一個(gè)細(xì)胞保持其身份至關(guān)重要，而且我們假設(shè)它對細(xì)胞變成其他細(xì)胞類型至關(guān)重要?！?/p>

測試這一假設(shè)對于干細(xì)胞研究和干細(xì)胞的治療應(yīng)用領(lǐng)域至關(guān)重要。Gilbert博士目前正在使用人類干細(xì)胞來測試復(fù)制時(shí)間的中斷如何影響這些細(xì)胞發(fā)展為肝細(xì)胞、心臟細(xì)胞和神經(jīng)元。這項(xiàng)研究的結(jié)果將為未來的人類健康和疾病研究提供寶貴的信息。