發布日期：2018-03-20

　　我們知道，精確的DNA包裝壓縮影響基因表達。你知道DNA是如何扭成一圈一圈的形狀嗎？

　　CTCF蛋白（粉紅色）形成的環，染色質纖維（黃色）和染色質上的DNA（藍色線條）排列其中。

　　埃默里大學的生物學家最近在《Science》發表文章，報道了 細胞“半甲基化（hemimethylation）”的具體功能。這篇文章推翻了先前關于半甲基化的猜測理論，拿出證據證明了該進程并非添枝加葉的“隨機錯誤”，而是人類細胞一代一代傳遞下來的“蓄意而為”。

　　“將DNA卷成環（loops）的蛋白名叫CTCF，通過這項研究我們發現CTCF蛋白需要半甲基化的DNA，”課題領導Victor Corces教授說。“沒人報道過半甲基化的DNA還有這一功能。”

　　DNA甲基化是通過在DNA雙螺旋兩條鏈的特定堿基對上添加甲基，以改變DNA活性，該影響可以通過去甲基化逆轉。

　　當細胞分裂時，DNA也跟著復制，DNA復制前需要先解開雙鏈，子鏈是母鏈的復制品。“在細胞分裂過程中，保持相同的DNA甲基化狀態很重要，”Corces說。“甲基化模式改變被證明與癌癥等疾病關聯。”

　　半甲基化是其中一條鏈添加一個甲基，而另一條鏈不加。當一些研究人員觀察到半甲基化現象后，他們推測可能是由于觀察的時間點位于細胞分裂后和子鏈完全復制之前。另一種理論是，半甲基化是甲基化過程中的隨機錯誤。

　　但是，Corces實驗室的博后研究員Chenhuan Xu卻不這么認為。

　　他們開發了一種有關DNA甲基化繪圖的新實驗方法。在這篇《Science》文中，研究人員通過這種方法觀察到了人類細胞復制前、中和后整個過程中DNA半甲基化的實時動態。

 　“如果親代DNA是半甲基化的，子代DNA在相同的基因組位置也是半甲基化的，”Corces說。“這個過程不是隨機的，而是從一代延續給下一代。”

　　研究人員發現，半甲基化只發生在CTCF（參與DNA成環的主要蛋白質）結合位點。

　　CTCF是染色質的組份之一，它的作用是將DNA折疊并壓縮成更致密的形狀。越來越多證據表明，DNA的折疊過程不僅是為了讓DNA適應細胞核內狹小空間，而且是影響基因正常或失調表達的原因之一。

　　科學家們還專門開設表觀遺傳學學科來研究遺傳基因功能的可遺傳變化，包括染色質折疊等不涉及DNA序列變化的現象。

　“如果人為去掉半甲基化，CTCF就不再參與成環，”Corces說。“半甲基化的作用似乎能讓CTCF成環。”

　　研究人員觀察到，當CTCF制作DNA環時，它結合在最前端，向前引領DNA序列。

　　“過去研究表明，某些疾病與CTCF結合相關障礙有關，比如CTCF蛋白本身突變，或與之結合的DNA序列突變，”Corces說。“如今，我們將問題拉回到DNA環和染色質三維組織結構，以及它們如何影響基因表達。”

來源：生物通