對DNA包裝如何協(xié)調(diào)發(fā)展的新見解

來自猶他大學(xué)(U of U)的亨斯邁癌癥研究所(HCI)的最新研究闡明了早期胚胎(男性精子細胞對雌性卵細胞受精的產(chǎn)物)如何產(chǎn)生所有細胞的方面。成年動物的類型。研究人員證明，數(shù)百個控制胚胎發(fā)育的重要基因都在早期胚胎中以獨特的方式包裝 - 甚至早在父本精子中 - 并且這種包裝有助于控制不同基因的表達方式，時間和地點在胚胎中。該研究結(jié)果發(fā)表在今天的Cell雜志上，對于理解早期發(fā)育如何精心策劃具有重要意義，并為父母環(huán)境如何影響后代中這些基因的表達提供了一種機制。

布拉德凱恩斯博士，HCI基礎(chǔ)科學(xué)高級主任，U大學(xué)腫瘤科學(xué)教授和主席，以及他的同事，包括博士后研究員Patrick Murphy博士，在這項工作中使用斑馬魚，這是一個與人類保持顯著相似性的模型系統(tǒng)發(fā)展。他們證明了對控制發(fā)育很重要的DNA片段(基因)被包裝在物理結(jié)構(gòu)中，這些物理結(jié)構(gòu)有助于在不同的發(fā)育階段“打開”和“關(guān)閉”基因。這些物理結(jié)構(gòu)用作平臺，根據(jù)需要幫助激活或平衡這些基因以進行正常發(fā)育。研究人員還確定了將這些物理結(jié)構(gòu)置于基因組中的蛋白質(zhì)機器以及去除它們的蛋白質(zhì)，以確保其正確放置和功能。這項工作建立在凱恩斯實驗室的幾項先前研究的基礎(chǔ)上，這些研究表明基因如何為胚胎發(fā)育的不同方面做好準備。

“胚胎發(fā)育的一個關(guān)鍵問題是早期胚胎如何達到它所顯示的全能性狀態(tài) - 即能夠成為體內(nèi)任何類型細胞的能力。我們認為，核心答案可能是將所有決策基因打包在一個特殊的物理狀態(tài)，有助于識別和調(diào)節(jié)它們，“凱恩斯解釋說。

長期以來，研究人員一直在尋求更好地了解來自母親和父親的基因是否以及如何以影響胚胎表達和發(fā)育的方式進行包裝，以及在開發(fā)過程中如何維持或重新編程這些包裝狀態(tài)。該研究確定了包裝 - 稱為組蛋白變體H2AFV - 并提供了遺傳基因包裝的機制，因此對發(fā)育潛力和遺傳具有重要意義。值得注意的是，雖然父本精子中基因的初始包裝與母本中的包裝有所不同，但母體包裝顯示重新編程為父本基因組的相同包裝狀態(tài)，從而協(xié)調(diào)了早期胚胎中父母的包裝狀態(tài)。達到相同的細胞發(fā)育狀態(tài)。

這項工作的意義包括通過影響發(fā)育基因的包裝方式，探討環(huán)境因素(例如吸煙)如何影響性狀遺傳的可能機制。“這些包裝狀態(tài)有助于確定基因在正常發(fā)育過程中是否以及如何表達。這些基因如果被錯誤調(diào)節(jié)可導(dǎo)致發(fā)育障礙，并可能導(dǎo)致癌癥傾向，”凱恩斯說。“通過更好地了解正常發(fā)育過程中會發(fā)生什么，它開辟了新的可能性，能夠識別癌癥等疾病的前體，當(dāng)細胞發(fā)育變得混亂時。”

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