哥倫比亞大學(xué)的研究人員利用一種新的突破性技術(shù)，設(shè)法確定了一種蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)在細(xì)胞分裂時(shí)負(fù)責(zé)細(xì)胞記憶的傳遞。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解從一個(gè)細(xì)胞到一個(gè)整體的發(fā)育至關(guān)重要。

細(xì)胞在整個(gè)生命中不斷分裂但細(xì)胞如何記住是否會(huì)發(fā)展成皮膚，肝臟或腸道細(xì)胞?這個(gè)問題困擾了科學(xué)家多年?，F(xiàn)在，哥本哈根大學(xué)健康與醫(yī)學(xué)科學(xué)院和科學(xué)院的科學(xué)家們已經(jīng)更加接近了解這一過程。

他們開發(fā)了一種技術(shù)，可以對(duì)表觀遺傳細(xì)胞記憶提供新的見解。利用這項(xiàng)名為SCAR-seq的新技術(shù)，研究人員已經(jīng)能夠解決當(dāng)DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂時(shí)，組蛋白中存儲(chǔ)的表觀遺傳信息是如何傳播的。這項(xiàng)新研究剛剛發(fā)表在科學(xué)期刊“科學(xué)”上。

“我們開發(fā)了一種新的工具來研究基于蛋白質(zhì)的信息的傳播，以及它如何促進(jìn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的表觀遺傳記憶。我們第一次可以看到哪兩種蛋白質(zhì)形成于兩條新的DNA鏈上當(dāng)DNA在細(xì)胞分裂過程中被復(fù)制時(shí)，我們現(xiàn)在可以研究基于蛋白質(zhì)的信息如何被遺傳并傳播到子細(xì)胞。“

“這是我們第一次有直接證據(jù)證明特定蛋白質(zhì)將組蛋白表觀遺傳信息的傳遞與DNA中遺傳信息的復(fù)制聯(lián)系起來。我們知道基于組蛋白的信息必須傳遞給兩個(gè)新的DNA鏈。不管怎么說，但我們不知道怎么做，“哥本哈根大學(xué)生物技術(shù)研究與創(chuàng)新中心教授，該研究的共同作者Anja Groth說。

在人體細(xì)胞內(nèi)，我們的DNA被組蛋白蛋白包裹著。它們一起形成一種稱為染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，DNA和整個(gè)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)都被準(zhǔn)確復(fù)制是至關(guān)重要的。染色質(zhì)存儲(chǔ)影響哪些基因表達(dá)的表觀遺傳信息。也就是說，我們細(xì)胞中的表觀遺傳信息有助于控制哪些基因“開啟”和“關(guān)閉”。

MCM2負(fù)責(zé)組蛋白與子細(xì)胞的適當(dāng)分離

在這項(xiàng)新研究中，研究人員研究了小鼠的胚胎干細(xì)胞。使用SCAR-seq，研究人員有可能在復(fù)制期間鑒定一種蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)將組蛋白從舊的DNA鏈轉(zhuǎn)移到兩條新的DNA鏈 - 即MCM2。研究人員已將MCM2長(zhǎng)期存在于其工作模型中，但在開發(fā)SCAR-seq技術(shù)之前無法確定其確切的功能。

“在DNA復(fù)制過程中，組蛋白質(zhì)與化學(xué)修飾的轉(zhuǎn)移是否完全隨機(jī)是一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的問題。在我們的研究中，我們發(fā)現(xiàn)它不是隨機(jī)的，而是一個(gè)高度控制的過程。我們的數(shù)據(jù)顯示組蛋白有偏好對(duì)于一條DNA鏈，即所謂的前導(dǎo)鏈，但MCM2抵消了這種偏倚，并確保兩條新的DNA鏈之間幾乎是對(duì)稱的，即基于組蛋白的信息的均勻分布。

“當(dāng)我們破壞這種機(jī)制時(shí)，所有基于組蛋白的信息都被轉(zhuǎn)移到一條DNA鏈，即前導(dǎo)鏈，而不是另一條鏈條。這意味著MCM2的這種功能對(duì)于兩條新的DNA鏈接受是必不可少的。存儲(chǔ)在組蛋白中的相同信息，“該研究的共同作者，哥本哈根大學(xué)生物系助理教授Robin Andersson說。

研究人員還不知道當(dāng)確保組蛋白正確分離的MCM2功能被破壞時(shí)，胚胎細(xì)胞形成其他細(xì)胞類型的能力是如何受到影響的。這意味著這些細(xì)胞是否仍然可以促成整個(gè)小鼠的形成。科學(xué)家們經(jīng)常討論組蛋白信息對(duì)細(xì)胞身份和細(xì)胞命運(yùn)決定的重要性。這將是研究人員將要研究的下一個(gè)問題。

“了解子細(xì)胞如何從母細(xì)胞中繼承組蛋白及其修飾的機(jī)制的第一部分具有很大的潛力。現(xiàn)在，我們可以開始解決這種基于蛋白質(zhì)的信息轉(zhuǎn)移對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞的實(shí)際意義。有機(jī)體的發(fā)展。這是我們的長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光，“Anja Groth教授說。