打破我們DNA的界限
我們的身體由數(shù)萬億個細(xì)胞組成,每個細(xì)胞都有自己的工作。我們胃里的細(xì)胞有助于消化我們的食物,而我們眼中的細(xì)胞可以檢測到光,而我們的免疫細(xì)胞可以消滅蟲子。為了能夠執(zhí)行這些特定的工作,每個細(xì)胞都需要一組不同的工具,這些工具由細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)集合形成。這些蛋白質(zhì)的說明書寫在我們DNA中的大約20,000個基因中。
盡管所有這些不同的功能和對不同工具的需求,我們所有細(xì)胞都包含完全相同的DNA序列。但一個核心問題仍然沒有答案 - 一個細(xì)胞如何知道它應(yīng)該激活哪些20,000個基因的組合以產(chǎn)生其特定的工具包?
這個問題的答案可以在我們的蛋白質(zhì)生成基因之間的DNA片段中找到。雖然我們的細(xì)胞含有大量的DNA,但其中只有一小部分實際上是由基因組成的。我們并不真正理解大多數(shù)其他序列的功能,但我們知道其中一些序列具有調(diào)節(jié)基因活性的功能。一類重要的此類調(diào)節(jié)DNA序列是增強(qiáng)子,其作為開關(guān)可以在需要它們的細(xì)胞中轉(zhuǎn)化基因。
然而,我們?nèi)匀徊幻靼走@些增強(qiáng)子如何知道應(yīng)該在哪些細(xì)胞中激活哪些基因。越來越清楚的是DNA在細(xì)胞內(nèi)折疊的方式是一個關(guān)鍵因素,因為增強(qiáng)子需要能夠與基因物理相互作用才能激活它們。重要的是要意識到我們的細(xì)胞含有大量的DNA - 大約兩米!- 在非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中壓實,使其適合我們的小細(xì)胞。長串的DNA被折疊成域,這些域聚集在一起形成更大的域,從而形成復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。這個域名 組織可以防止DNA纏繞在一起,就像它是一個未纏繞的羊毛球一樣,并允許特定的域被解開并在需要時使用。
研究人員已經(jīng)確定了似乎定義并幫助組織這種結(jié)構(gòu)域的關(guān)鍵蛋白質(zhì)。一種這樣的蛋白質(zhì)被稱為CTCF,其粘附于經(jīng)常在這些結(jié)構(gòu)域的邊界處發(fā)現(xiàn)的特定DNA序列。為了更詳細(xì)地探索這些CTCF邊界的功能并研究它們在將增強(qiáng)子連接到正確的基因中可能起什么作用,我們的團(tuán)隊研究了含有α-珠蛋白基因的結(jié)構(gòu)域,該基因產(chǎn)生我們的紅細(xì)胞使用的血紅蛋白。在我們體內(nèi)循環(huán)氧氣。
首先,正如CTCF在定義邊界中的作用所預(yù)期的那樣,我們發(fā)現(xiàn)CTCF邊界有助于將α-珠蛋白基因組織成紅細(xì)胞內(nèi)的特定結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。這允許增強(qiáng)子與該特定細(xì)胞類型中的α-珠蛋白基因物理相互作用并接通。然后我們使用CRISPR / Cas9的基因編輯技術(shù)來剪切通常與CTCF結(jié)合的DNA序列,并發(fā)現(xiàn)這些編輯細(xì)胞中的邊界變得模糊,并且域失去其特定形狀。α-珠蛋白增強(qiáng)子現(xiàn)在不僅激活α-珠蛋白基因,而且跨越結(jié)構(gòu)域邊界并在相鄰結(jié)構(gòu)域中切換基因。
本研究為CTCF在幫助定義這些結(jié)構(gòu)域邊界以幫助組織我們的DNA并限制細(xì)胞內(nèi)基因活動的調(diào)節(jié)方面提供了新的見解。這是一個重要的發(fā)現(xiàn),可以解釋導(dǎo)致許多疾病的基因活動的錯誤調(diào)節(jié)。例如,在癌癥中,我們DNA中這些邊界序列的突變可能導(dǎo)致驅(qū)動腫瘤生長的基因的不適當(dāng)激活。
完整的研究,'組織特異性CTCF-粘連蛋白介導(dǎo)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)界定增強(qiáng)子相互作用和體內(nèi)功能',可以在自然細(xì)胞生物學(xué)雜志上閱讀。
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