Nature令人著迷的新發(fā)現(xiàn)：DNA復(fù)制時(shí)序

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-12-22 10:36:00【大中小】

摘要：復(fù)制遺傳信息的復(fù)雜過(guò)程被稱(chēng)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(guò)程被稱(chēng)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(lái)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(guò)程的一個(gè)迷人之處，即“復(fù)制時(shí)序”(RT，replication timing)，以及生命開(kāi)始時(shí)這一過(guò)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(guò)程指的是遺傳密碼不同區(qū)域復(fù)制的特定時(shí)刻。來(lái)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(guò)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(kāi)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(chēng)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(guò)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M(jìn)aria-Elena Torres-Padilla進(jìn)一步解釋說(shuō):“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(shuō)，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。”

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(shuō):“我們可以設(shè)想通過(guò)將其RT程序改變?yōu)楦`活的程序來(lái)改變細(xì)胞的身份。”

圖2 RT在小鼠植入前發(fā)育過(guò)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(chēng)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(lái)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(lèi)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