《Science》文章倾覆“有丝分裂”基因表达理论

宾夕法尼亚大学医学院的研究人员在本周《Science》发表文章，证明细胞分裂时大量基因仍处于激活状态。

　　

生物通报道：在细胞分裂之前，染色体闲散地分布在细胞核内。细胞分裂期间，染色体则开始缩短变粗，通过压缩，此时的染色体比之前致密数千倍。因此，人们长期以来一直认为分裂期很多基因都是“沉默的”，不会被转录成蛋白质或调控分子。但是，这就留下一个问题：细胞有丝分裂后期，基因们又是如何被重新激活的？

“我们解答这个问题的目标是探索分裂后细胞身份的控制和如何把细胞身份调控应用于细胞重编程，例如，阻止癌细胞复制或细胞工程改造，”文章通讯作者、宾州再生医学研究所所长、细胞和发育生物学系教授Joseph Leidy说。“我们知道，人体内大约有200种不同类型的细胞，决定它们是皮肤细胞、神经细胞还是心肌细胞的是一套‘细胞身份’基因。”

过去这方面研究也试图寻找干预细胞命运的最佳时机。本文的出发点是细胞如何让“安静”的基因状态转变为全面激活状态，并及时开启整个细胞的身份调制。

文章一作博士生Katherine C. Palozola找到了一种检测分化中活细胞基因活性检查的新方法。

她标记人类肝脏细胞系的尿嘧啶（FITC-UTP labeling），然后就观察到了细胞复制时仍在活跃的基因。

EU-RNA-Seq和FITC-UTP 标记揭示有丝分裂过程基因普遍发生了转录

“我们非常惊讶的发现，尽管细胞分裂过程中染色体非常紧致，曾认为不被转录的那些调节分子都埋在其中。但结果是仍有基因以较低水平保持活跃，”Palozola说。

Palozola发现大部分基因以及它们附近的启动子基因仍然活跃。她还发现细胞如何从细胞分裂中醒来，然后回忆开始“它们是谁”，最终位于基因之外的增强子序列驱动了细胞分化。

据费城儿童医院Gerd Blobel实验室之前报道，增强子在分裂期是“小睡”状态，大约睡30分钟，在细胞分裂周期后迅速完全清醒。

Zaret说：“现在我们发现了致密染色体基因也在不断表达，让人不得不把以前有关基因调控的基本认识统统丢到窗外。我们了解到，细胞如何通过基因表达，在分裂期保持身份，启动子的作用可能需要被重新重视起来。希望这项新认识能有助于我们在医疗和生物技术领域创造新细胞和新组织。”

原文标题：Mitotic transcription and waves of gene reactivation during mitotic exit