著名院士Cell发布基因表达研究重要发现

　　

生物通报道  由普林斯顿大学的研究人员领导的一项新研究提出，零散的基因活性爆发并非是偶然事故，而有可能是遗传调控的重要特征。研究人员发现称作为增强子的DNA片段可以提高这种爆发的频率，表明这种爆发在基因控制中起作用。

研究人员分析了正经历DNA转录的果蝇胚胎视频。在发表在7月14日《细胞》（Cell）杂志上的一项研究中，研究人员发现将启动子置于相对于靶基因不同的位置可导致爆发频率的显著改变。

美国国家艺术与科学院院士及美国科学院院士、普林斯顿大学基因组学教授、Lewis-Sigler整合基因组学研究所所长Michael Levine说：“对于转录爆发的重要性一直存在争议。尽管我们的研究没有证实所有的基因经历了转录爆发，我们发现我们检测的每个基因都显示了转录爆发，它们是一些定义胚胎变化的关键基因。如果我们在这里看到爆发，则很有可能在别处看到它。”

DNA转录发生在RNA聚合酶将DNA密码转变为对应的RNA密码之时，后者随后被翻译为蛋白质。在大约十年前研究人员疑惑地发现，转录可能是零散的、可变的，而非顺畅的、连续的。

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在当前的研究中，博士后研究人员Takashi Fukaya，博士后研究助理Bomyi Lim和Levine一起，探究了增强子在转录爆发中的作用。一些DNA结合蛋白识别增强子增大或减小了转录速度，但对于其确切的机制仍不清楚。

直到近年，由于受到光学显微镜敏感性和分辨率的限制，都无法在活体胚胎中显像转录。三年前开发的一些新方法使得这成为了可能。这一技术涉及将一些荧光标记置于RNA分子上，使得能够在显微镜下看到它们。

研究人员利用这一活体成像技术在发育的一个关键阶段，胚胎生命起始后近2小时研究了果蝇胚胎，在这里一些基因在大约一小时内经历了快速及激烈的转录。在这一期间，研究人员观察到爆发显著增长，在每次爆发大约4或5分钟的时间内每10或15秒，RNA聚合酶制造出了一条新转录的RNA片段。随后基因放松几分钟，接着是另一个爆发事件。

研究小组随后检测了增强子的位置：在基因的上游或下游对于爆发量的影响。在两个不同的实验中，Fukaya将增强子置于基因启动子上游，或是基因下游，看到不同的增强子位置导致了不同的反应。当研究人员将增强子置于基因的下游时，他们观察到转录的零散爆发。而当他们将增强子置于基因上游时，研究人员看到了一些波动，但没有不连续的爆发。他们发现增强子越接近启动子，爆发越频繁。

为了证实他们的观察结果，Lim进一步应用一些数据分析方法，计算他们在视频中看到的爆发量。该研究小组发现爆发的频率与增强子上调基因表达的强度有关。相比弱增强子，强增强子产生了更多的爆发。该研究小组还证实，插入称作为绝缘子的DNA片段可减少爆发数量，抑制基因表达。

在第二轮的一系列实验中，Fukaya证实单个增强子可以同时激活在基因组上相距一段距离，有各自的启动子的两个基因。原本以为这样的增强子将一次促进一个启动子处的转录爆发，它将到达一个启动子处，逗留，生成一次爆发，并脱离。然后，它随机选择两个基因中的一个完成下一轮爆发。然而，他们观察到两个基因同时发生了转录爆发。

Levine说：“我们对这样的结果感到惊讶。一切重新开始！这意味着传统的增强子-启动子环互作模型并不完全正确。有可能是由于染色体环的形成，启动子移动到了增强子处。这是未来探索的下一个领域。”

来自复旦大学、哈佛医学院的研究人员在新研究中揭示，由RACK7/KDM5C复合物充当增强子“刹车”，抑制了增强子过度激活。这一重要的研究发现发布在2016年4月7日的Cell杂志上（复旦大学Cell发布表观遗传重要发现）。

来自Whitehead生物医学研究所、Dana-Farber癌症研究所的研究人员，在一项研究中揭示出了称作为超级增强子（super-enhancers）的基因控制元件是如何作为功能部件将多个信号通路集中于一些关键基因处以及调节转录活性的。这项研究工作表明，这些基因控制元件为一些信号通路提供了平台，调控了在正常细胞和癌症中控制细胞身份的关键基因。研究论文发表在2015年的Molecular Cell杂志上（干细胞牛人Cell子刊探讨癌症与“垃圾”DNA ）。

2014年12月，Cell杂志在线版公布了两项重要的研究成果，解析了B细胞超级增强子与一种称为活化诱导胞嘧啶脱氨酶（AID）之间的相互作用机制，这将有助于我们深入了解增强子的调控机制，以及AID作用方式（两篇Cell文章聚焦超级增强子的新机制 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Takashi Fukaya, Bomyi Lim, Michael Levine. Enhancer Control of Transcriptional Bursting. Cell, 2016; 166 (2): 358 DOI: 10.1016/j.cell.2016.05.025