在細(xì)胞中，DNA及其相關(guān)物質(zhì)每隔一定時(shí)間就會(huì)復(fù)制，這是所有有機(jī)體*的一個(gè)過程。這導(dǎo)致了從身體對(duì)疾病作出的反應(yīng)到頭發(fā)顏色在內(nèi)的一切。DNA復(fù)制是在20世紀(jì)50年代后期確定的，但是從那以后，各地的研究人員都試圖了解這一過程是如何地受到調(diào)節(jié)的。如今，科學(xué)家們知道了。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)的研究人員解開了一個(gè)存在了幾十年的關(guān)于一種關(guān)鍵的細(xì)胞過程---DNA復(fù)制---如何受到調(diào)節(jié)以及這對(duì)未來的遺傳學(xué)研究意味著什么的謎團(tuán)。他們發(fā)現(xiàn)DNA分子中存在著控制DNA復(fù)制的特定位點(diǎn)。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月27日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Identifying cis Elements for Spatiotemporal Control of Mammalian DNA Replication”。論文通訊作者為佛羅里達(dá)州立大學(xué)分子生物學(xué)教授David Gilbert博士。論文作者為博士生Jiao Sima。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.11.036。

Gilbert說，“這真是一個(gè)謎。DNA復(fù)制似乎對(duì)我們?cè)噲D干擾它的所有事情都很有彈性。我們已詳細(xì)描述了它，發(fā)現(xiàn)它在不同細(xì)胞類型中發(fā)生變化，并且它在疾病中受到破壞。但是迄今為止，我們找不到控制DNA復(fù)制的控制元件或者說DNA序列。”

值得注意的是，Gilbert的教授職位是為了紀(jì)念前佛羅里達(dá)州教授J. Herbert Taylor。Taylor在20世紀(jì)50年代后期發(fā)現(xiàn)了不同的染色體片段如何進(jìn)行復(fù)制，并發(fā)表了100多篇關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)和復(fù)制的論文。大約60年后，Gilbert確定了DNA復(fù)制如何受到調(diào)節(jié)。

Sima在實(shí)驗(yàn)室里與Gilbert一起工作，并在DNA分子上產(chǎn)生了將近一百個(gè)基因突變，希望看到某種更好地解釋這種復(fù)制過程的工作原理的結(jié)果。Gilbert說，在遭受一系列挫折之后，他們?cè)谌f(wàn)般無奈下孤注一擲。

Gilbert和Sima以盡可能高的三維分辨率研究了DNA的單個(gè)片段，并且看到DNA分子上的三個(gè)序列經(jīng)常相互接觸。這些研究人員隨后使用一種*的基因編輯技術(shù)CRISPR同時(shí)移除這三個(gè)區(qū)域。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)這三個(gè)區(qū)域一起是DNA復(fù)制的關(guān)鍵。

Gilbert 說，“移除這三個(gè)區(qū)域會(huì)導(dǎo)致DNA復(fù)制時(shí)間從這個(gè)過程的初階段轉(zhuǎn)移到它的后階段。這個(gè)結(jié)果讓人大吃一驚。”

除了對(duì)DNA復(fù)制時(shí)間的影響之外，移除這三個(gè)區(qū)域?qū)е翫NA分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。

Sima說，“我們?cè)诨蚪M中確定了調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA復(fù)制時(shí)間的特定DNA序列。這些結(jié)果反映了一種可能的模型，即DNA如何在細(xì)胞內(nèi)折疊以及這些折疊模式如何影響遺傳物質(zhì)的功能。”

更好地理解DNA復(fù)制是如何被調(diào)節(jié)的，開辟了遺傳學(xué)研究的新途徑。當(dāng)DNA復(fù)制時(shí)間發(fā)生變化---正如Gilbert和Sima的實(shí)驗(yàn)所展現(xiàn)的那樣---時(shí)，它能夠*改變細(xì)胞遺傳信息的解釋方式。

當(dāng)科學(xué)家們應(yīng)對(duì)DNA復(fù)制時(shí)間受到干擾的復(fù)雜疾病時(shí)，這可能成為關(guān)鍵信息。Gilbert說，“如果在不同的地方和時(shí)間發(fā)生進(jìn)行DNA復(fù)制，那么這可能組裝出一種*不同的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞在不同的時(shí)間有不同的東西可用。改變DNA復(fù)制發(fā)生的時(shí)間會(huì)改變遺傳信息的組裝。”