Cell新观点：只存在于复杂人类细胞中的特殊遗传信息

包装DNA的蛋白质的状态也能调控细胞如何维持身份的遗传信息

　　

一项最新研究发现，不仅是DNA的遗传信息，而且包装DNA的蛋白质的遗传信息，在细胞繁殖时也能帮助其维持遗传身份特征。

纽约大学医学院的研究人员领导的这项研究，他们揭示了每个细胞将其身份传递给下一代细胞的过程，也就是在发育过程中一分为二的繁殖过程。研究人员说，所有细胞都具有相同的，完整的DNA信息，但是每个细胞都经过编程，激活或沉默某些基因，从而确定它们的身份，比如是变为心脏细胞而不是肠细胞。

这一研究发现公布在10月31日的Cell杂志上，证实了保存细胞身份的机制是基于DNA的包装方式。在细胞核中，分子DNA链就被包裹在称为核小体的重复单元（组蛋白）的蛋白质中，最后组成染色质的较大超结构。

而且研究人员已经发现组蛋白的“尾巴”可以延伸到这种包裹的外部，使其可用于化学变化，确定染色质区域是否“开放的”，DNA是可接近的，还是紧密压实的，因为其中存在沉默休眠的基因。

在最新研究中，研究人员设计了一种方法，可跟踪对核小体中组蛋白的化学修饰是否准确地从亲本细胞传递到分裂后形成的两个细胞中的相同DNA区域。

文章的第一作者Thelma Escobar说：“基于新方法，我们发现在关键位置基于组蛋白修饰的包装是细胞遗传的基本特征，并且相关的沉默可以防止基因在错误的背景下表达。”

反映遗传性核小体变化

研究团队开发了一个系统，在该系统中，可以将分裂前的核小体（包裹亲本细胞的DNA）标记上，然后再复制DNA，这也就是细胞分裂的先决条件。

然后研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的特异性将生物素（biotin）附着上去，但是只是附着在他们选择的单个基因内存在的那些核小体上。

研究表明，只有沉默，致密染色质的核小体才被遗传？最终与新复制的DNA在亲本DNA中的位置相同。开放染色质的核小体没有遗传，而是广泛分布在整个新复制的染色质中。

根据他们的实验，作者认为对组蛋白的化学修饰可促进染色质的紧缩，被继承为保留细胞身份的基本特性。另一方面，开放染色质不依赖于这种“位置遗传”，因为它的DNA可以根据需要被直接与DNA相互作用的调节蛋白激活。

此外，研究团队发现，只有在紧密的沉默染色质中，负责化学修饰组蛋白尾巴的蛋白质才能识别（“读”）亲本核小体中的修饰，然后在新形成的核小体上复制（“写”）它们。

这项研究还表明，沉默的染色质中形成核小体的组蛋白可能被新型伴侣蛋白护送到复制DNA的适当位置，研究人员目前正在寻找这种蛋白。

文章通讯作者Danny Reinberg说：“显然，通过基因抑制，组蛋白修饰可以显示出可遗传的基因调控系统，而这种基因调控系统不存在于细菌等更多原始细胞中，而是在更大复杂性的人类细胞中发挥作用。与此同时，在某些情况下，癌症是由于这种非常复杂的现象而产生的，由于组蛋白化学修饰的丢失，随机失去致密性的细胞会出现通常沉默的基因变得活跃。”

Reinberg说：“通过这种方式，癌细胞进化突变后，对各种治疗方法产生了抗性，我们希望目前的工作将为阻止这种情况提供新的方法。”

（生物通：万纹）

原文标题：

Active and Repressed Chromatin Domains Exhibit Distinct Nucleosome Segregation during DNA Replication