摘要:復(fù)制遺傳信息的復(fù)雜過程被稱為dna復(fù)制,是一個(gè)精心安排的分子事件序列,必須在正確的時(shí)間發(fā)生。
復(fù)制遺傳信息的復(fù)雜過程被稱為dna復(fù)制,是生命從一個(gè)細(xì)胞傳遞到另一個(gè)細(xì)胞、從一個(gè)生物體傳遞到另一個(gè)生物體的核心。這不僅僅是簡(jiǎn)單的復(fù)制遺傳信息,還是一個(gè)精心安排的分子事件序列,必須在正確的時(shí)間發(fā)生。來自慕尼黑亥姆霍茲大學(xué)的maria-elena torres-padilla教授研究組最近發(fā)現(xiàn)了這個(gè)過程的一個(gè)迷人之處,即“復(fù)制時(shí)序”(rt,replication timing),以及生命開始時(shí)這一過程的特殊性。新的研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。
dna復(fù)制時(shí)序(rt)過程指的是遺傳密碼不同區(qū)域復(fù)制的特定時(shí)刻。來自慕尼黑亥姆霍茲大學(xué)表觀遺傳學(xué)和干細(xì)胞研究所的研究人員采用一種名為 repli-seq 的技術(shù),深入研究rt與細(xì)胞適應(yīng)性(即細(xì)胞可塑性)之間的密切關(guān)系。有趣的是,他們還發(fā)現(xiàn)了rt與基因如何在細(xì)胞核內(nèi)折疊成三維結(jié)構(gòu)之間的新關(guān)系。
圖1 哺乳動(dòng)物早期發(fā)育過程中復(fù)制時(shí)機(jī)的出現(xiàn)
研究人員從胚胎的最早階段——受精卵(生物體生命的最初階段)開始,繪制了一張從單細(xì)胞階段到胚胎植入母體子宮階段的rt圖譜,該階段被稱為囊胚。
出乎意料的發(fā)現(xiàn)是,單細(xì)胞胚胎中的rt并不是很有序,這表明基因組復(fù)制在這些早期細(xì)胞中非常靈活。然而,在4細(xì)胞期之后,rt變得更加明確。這是一個(gè)漸進(jìn)的過程,反映了dna和相關(guān)蛋白質(zhì)(即所謂的染色質(zhì)標(biāo)記)逐漸獲得修飾,染色質(zhì)標(biāo)記表明基因的活性和細(xì)胞功能的重要性。
該研究的通訊作者maria-elena torres-padilla進(jìn)一步解釋說:“這很了不起,因?yàn)檫@告訴我們這些早期胚胎細(xì)胞具有非常‘可塑性’的基因組復(fù)制程序。因?yàn)檫@些早期細(xì)胞是全能的,也就是說,它們可以創(chuàng)造出我們身體里的每一個(gè)細(xì)胞。我們認(rèn)為,我們?cè)谶@項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的是這些細(xì)胞如此出色地能夠產(chǎn)生整個(gè)身體的原因之一?!?br>同時(shí),關(guān)于dna復(fù)制的新發(fā)現(xiàn)可以作為重新編程細(xì)胞的工具。該研究的第一作者tsunetoshi nakatani博士補(bǔ)充說:“我們可以設(shè)想通過將其rt程序改變?yōu)楦`活的程序來改變細(xì)胞的身份。”
圖2 rt在小鼠植入前發(fā)育過程中逐漸出現(xiàn)
研究結(jié)果進(jìn)一步表明,rna聚合酶,通常被稱為負(fù)責(zé)讀取遺傳密碼并將其轉(zhuǎn)錄成rna的酶,有助于確定確切的rt程序,為將來如何能夠操縱該程序提供一些線索。研究小組發(fā)現(xiàn),基因組的三維結(jié)構(gòu)首先形成,rt程序隨之建立。這是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn),因?yàn)樗僭O(shè)我們的基因組如何適應(yīng)細(xì)胞核的三維空間影響rt程序的靈活性。
總之,dna復(fù)制的時(shí)序是生命宏大敘事中令人著迷的一塊拼圖。它證明了基因復(fù)制的準(zhǔn)確性是如何與早期胚胎細(xì)胞在我們體內(nèi)產(chǎn)生其他細(xì)胞類型的能力密切相關(guān)的。隨著研究人員繼續(xù)探索這些聯(lián)系,我們將更深入地了解生命在細(xì)胞與細(xì)胞、生物與生物之間傳遞的本質(zhì),以及是什么讓細(xì)胞能夠生成一個(gè)新的身體。
參考資料
[1] emergence of replication timing during early mammalian development
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