Nature：影响基因表达的DNA包装模式

　　

虽然人体的每个细胞里都含有相同的遗传物质，但是每个基因只在特定的时间在特定的细胞里执行功能。其他的基因以各种形式保持“沉默”。基因的沉默模式都依赖于DNA（遗传物质），DNA被包裹在细胞核里。

 

当DNA周围的复杂蛋白名为组蛋白紧紧包裹着DNA双螺旋结构时，DNA不能与调节基因表达的分子物质接触。现在，来自冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory ，CSHL）的医学博士Michael Q. Zhang带领的研究小组发现，组蛋白可通过复杂的形态变化来调节基因的表达。

 

科学家们使用的新技术是ChIP-Seq技术，研究小组鉴定了39种组蛋白的变形结构，包括17种核心变形结构，这17种核心变形结构都在基因处于活跃状态下出现。

 

不同的变形结构具有各自的特性

张博士说，一直以来，科学家们都清楚组蛋白复合物的某个位置发生化学变化会引起DNA与组蛋白的结合密集程度。但是，更重要的是组蛋白的变形模式和特点需要被了解，并且需要探索组蛋白的变形模式与基因的活性间的关系。

 

研究小组中，医学博士Keji Zhao所做的研究工作是核心的研究成果，Keji Zhao是美国国家卫生研究所的国家心血管肺部研究中心教授，他和他的同事建立了一种新的方法绘制CD4+T细胞的形变模式数据库。首先，他们使用一种酶将DNA切割成短片段，这些小片段仍然和组蛋白轴连在一起。研究人员用抗体提取组蛋白－DNA复合物，因此获得39种不同不同类型的组蛋白变形结构。最后，科学家们用ChIP-SeqDNA序列分析技术鉴定基因组上每个具体的位置与那种组蛋白结构相结合。

 

研究小组最新的研究进展发表在2008年7月的《Nature Genetics》上，文章标题为：绘制DNA在组蛋白上的结合位点图其中包括组蛋白尾部的18个不同位置的乙酰基分子构型（maps the DNA locations that bind to histones containing molecular configurations called acetyl groups at 18 different positions in the "tails" of the histone proteins）。科学家们将这些新的信息结合早期获得的19个甲基化形变结构信息，构建了组蛋白的变异体数据库。

 

每种形变都展示出特异的特性，每个形变都与某些基因调节区域相关。

 

寻找基因调节模式

绘制形变数据库使研究者可以研究不同形变是否可能导致相同的DNA调控结果。他们发现某些重复的形变组合常常出现在DNA的启动子或是增强子区域，这些区域可增强邻近基因的活性。研究者还发现，包含17个变形位点的形变组合出现在超过12000个启动子区域。

 

平均来说，与这些形变区域结合的基因的表达活性相对要高。也就是说，当基因被激活时，分子机制就促使基因表达特异的蛋白，这些大部分的生命活动的表达形式。

 

研究者检测各种组蛋白的形变可相互组合搭配，产生不同的生物活性。先前的研究提出“组蛋白编码”的假说，每个不同的组蛋白形变组合可识别具体的蛋白表达模式。一些科学家相信，这些组蛋白编码可决定具体基因的活性。

 

但是张博士说，尽管这些模式，就像是背景知识般，它与基因表达具有很高的相关性，但是没有人可以确切的预言它的价值。他认为，还有其他的分子机制一起在调控基因的活性。

 

由于同样的形变模式可能导致基因高水平或是低水平的表达，并且不是所有的活性基因都分享共同的形变模式，科学家们先前推测的组蛋白编码并不能准确的描述组蛋白形变与基因表达间的关联，实际的分子机制比我们想的要复杂的多。尽管如此，新的研究结果为组蛋白形变与基因表达间的关系提供了最新的研究资料。张博士说，将来关键的研究课题是寻找影响特定组蛋白形变结合特定序列区域的调节蛋白。

 

（生物通 张欢）