近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項研究稱，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)大衛(wèi)·吉爾伯特博士帶領(lǐng)的研究團隊回答了一個60年未解的科學(xué)謎題：DNA的復(fù)制時序維持著人類細(xì)胞中全局的表觀遺傳狀態(tài)。

在過去60年里，科學(xué)家已經(jīng)能夠觀察到遺傳信息的復(fù)制方式和時間，并確定了“復(fù)制時序程序”的存在，該程序控制著DNA片段的復(fù)制時間和順序，但仍無法解釋為什么會有這樣一個特定的程序存在。

吉爾伯特博士解釋說，他們假設(shè)細(xì)胞不只復(fù)制DNA，還會復(fù)制所有讀取DNA的調(diào)控分子。復(fù)制時序程序和過程背后可能是因為“大自然不會浪費這個控制DNA讀取方式的機會”。“復(fù)制時間為細(xì)胞提供了一個理想的時機，它可以選擇是保留所有的調(diào)控分子，繼續(xù)對DNA中的信息進行相同的功能解釋，還是改變它們以激發(fā)新的功能。”

研究團隊以往曾發(fā)現(xiàn)，每種類型的細(xì)胞都有一個獨特的復(fù)制時序程序，而且患病的細(xì)胞在該程序中有明顯的變化。此次，他們研究了復(fù)制時序程序的變化如何影響DNA及其調(diào)控分子(統(tǒng)稱為表觀基因組)的折疊。

他們發(fā)現(xiàn)一種名為Rif1的蛋白質(zhì)有助于調(diào)節(jié)DNA的復(fù)制。在去除Rif1蛋白后，復(fù)制程序嚴(yán)重受損，此時不同細(xì)胞中的所有染色體片段會在不同的時間進行復(fù)制。在沒有Rif1蛋白的情況下，如果阻止細(xì)胞復(fù)制DNA，它們的表觀基因組會維持正常。然而，一旦DNA開始復(fù)制，與DNA相關(guān)的調(diào)控分子就被錯誤地結(jié)合，并隨著每一輪DNA復(fù)制而惡化。最終，染色體的三維折疊也發(fā)生了改變。

吉爾伯特博士認(rèn)為，當(dāng)表觀基因組由于復(fù)制時序程序的改變而被破壞時，細(xì)胞可能無法執(zhí)行其正常功能，或執(zhí)行一些不適當(dāng)?shù)墓δ埽@可能對人體健康產(chǎn)生很大負(fù)面影響。

“此前我們已經(jīng)證明，復(fù)制時序程序在許多疾病中都會發(fā)生改變。”吉爾伯特博士說，最新實驗證實了時序程序的特定改變，在統(tǒng)計學(xué)上與兒童白血病以及早衰等疾病的不良預(yù)后有關(guān)。因此，復(fù)制時序程序為人們識別疾病狀態(tài)提供了一種全新的分子途徑和生物標(biāo)記，幫助患者更早地診斷和更準(zhǔn)確地預(yù)后。

總編輯圈點

為什么細(xì)胞會“在意”它們復(fù)制DNA的順序?現(xiàn)在科學(xué)家告訴你，這個順序可意味著太多了。對人體來說，可能最重要的就是健康與患病細(xì)胞的復(fù)制時間順序是大不相同的，因此可以為未來的疾病治療提供寶貴信息。此外，這一結(jié)果對干細(xì)胞科研和干細(xì)胞的治療應(yīng)用領(lǐng)域都至關(guān)重要——科學(xué)家可以使用人類干細(xì)胞來測試復(fù)制時間的中斷是如何影響這些細(xì)胞發(fā)展為肝細(xì)胞、心臟細(xì)胞和神經(jīng)元的。