揭開(kāi)DNA復(fù)制時(shí)的神秘面紗

在細(xì)胞中，DNA及其相關(guān)材料定期復(fù)制，這是所有生物體必不可少的過(guò)程。這有助于從身體對(duì)疾病的反應(yīng)到頭發(fā)顏色。DNA復(fù)制是在20世紀(jì)50年代后期確定的，但從那以后，全球各地的研究人員都試圖了解這一過(guò)程是如何被調(diào)節(jié)的?，F(xiàn)在他們知道了。

David Herbert，J. Herbert Taylor杰出分子生物學(xué)教授，博士生Jiao Sima今天在Cell雜志上發(fā)表了一篇論文，該論文顯示DNA分子中存在控制復(fù)制的特定點(diǎn)。

“這真是一個(gè)謎，”吉爾伯特說(shuō)?！皬?fù)制似乎對(duì)我們?cè)噲D干擾它的所有事情都很有彈性。我們已經(jīng)詳細(xì)描述了它，顯示它在不同細(xì)胞類型中的變化，并且它在疾病中被破壞。但直到現(xiàn)在，我們找不到最后一塊，控制元素或控制它的DNA序列?！?/span>

值得注意的是，吉爾伯特的教授職位是為了紀(jì)念前佛羅里達(dá)州教授J. Herbert Taylor。泰勒展示了20世紀(jì)50年代后期不同的染色體片段如何復(fù)制，并發(fā)表了100多篇關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)和復(fù)制的論文。大約60年后，吉爾伯特決定如何調(diào)節(jié)復(fù)制。

Sima在實(shí)驗(yàn)室里與Gilbert一起工作，并在DNA分子上運(yùn)行了近一百個(gè)基因突變，希望看到某種結(jié)果可以更好地解釋復(fù)制過(guò)程的工作原理。令人沮喪的是，吉爾伯特說(shuō)他們想出了一個(gè)“冰雹瑪麗”的嘗試。

Gilbert和Sima以盡可能高的3D分辨率檢測(cè)了DNA的單個(gè)片段，并且看到DNA分子上的三個(gè)序列經(jīng)常相互接觸。然后研究人員使用一種先進(jìn)的基因編輯技術(shù)CRISPR同時(shí)去除這三個(gè)區(qū)域。

有了它，他們發(fā)現(xiàn)這三個(gè)元素是DNA復(fù)制的關(guān)鍵。

“刪除這些元素將段的復(fù)制時(shí)間從過(guò)程的最初階段轉(zhuǎn)移到最后階段，”吉爾伯特說(shuō)?！斑@是其中一個(gè)結(jié)果，只有一個(gè)結(jié)果會(huì)擊退你的襪子?！?/span>

除了對(duì)復(fù)制時(shí)間的影響之外，三種元素的去除導(dǎo)致DNA分子的3D結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。

“我們**在基因組中精確定位了調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和復(fù)制時(shí)間的特定DNA序列，”Sima說(shuō)?！斑@些結(jié)果反映了一種可能的模型，即DNA如何在細(xì)胞內(nèi)折疊以及這些折疊模式如何影響遺傳物質(zhì)的功能。”

更好地理解DNA復(fù)制是如何被調(diào)節(jié)的，開(kāi)辟了遺傳學(xué)研究的新途徑。當(dāng)復(fù)制時(shí)間發(fā)生變化時(shí) - 就像Gilbert和Sima的實(shí)驗(yàn)一樣 - 它可以完全改變細(xì)胞遺傳信息的解釋方式。

當(dāng)科學(xué)家解決復(fù)制時(shí)間中斷的復(fù)雜疾病時(shí)，這可能成為關(guān)鍵信息。

“如果你在不同的地方和時(shí)間復(fù)制，你可能會(huì)組裝一個(gè)完全不同的結(jié)構(gòu)，”吉爾伯特說(shuō)?！凹?xì)胞在不同的時(shí)間可以使用不同的東西。當(dāng)復(fù)制的東西改變時(shí)，遺傳信息的包裝會(huì)發(fā)生變化。”