揭開DNA復制時的神秘面紗

在細胞中，DNA及其相關材料定期復制，這是所有生物體必不可少的過程。這有助于從身體對疾病的反應到頭發(fā)顏色。DNA復制是在20世紀50年代后期確定的，但從那以后，全球各地的研究人員都試圖了解這一過程是如何被調(diào)節(jié)的。現(xiàn)在他們知道了。

David Herbert，J. Herbert Taylor杰出分子生物學教授，博士生Jiao Sima今天在Cell雜志上發(fā)表了一篇論文，該論文顯示DNA分子中存在控制復制的特定點。

“這真是一個謎，”吉爾伯特說。“復制似乎對我們試圖干擾它的所有事情都很有彈性。我們已經(jīng)詳細描述了它，顯示它在不同細胞類型中的變化，并且它在疾病中被破壞。但直到現(xiàn)在，我們找不到最后一塊，控制元素或控制它的DNA序列。“

值得注意的是，吉爾伯特的教授職位是為了紀念前佛羅里達州教授J. Herbert Taylor。泰勒展示了20世紀50年代后期不同的染色體片段如何復制，并發(fā)表了100多篇關于染色體結(jié)構(gòu)和復制的論文。大約60年后，吉爾伯特決定如何調(diào)節(jié)復制。

Sima在實驗室里與Gilbert一起工作，并在DNA分子上運行了近一百個基因突變，希望看到某種結(jié)果可以更好地解釋復制過程的工作原理。令人沮喪的是，吉爾伯特說他們想出了一個“冰雹瑪麗”的嘗試。

Gilbert和Sima以盡可能高的3D分辨率檢測了DNA的單個片段，并且看到DNA分子上的三個序列經(jīng)常相互接觸。然后研究人員使用一種先進的基因編輯技術CRISPR同時去除這三個區(qū)域。

有了它，他們發(fā)現(xiàn)這三個元素是DNA復制的關鍵。

“刪除這些元素將段的復制時間從過程的最初階段轉(zhuǎn)移到最后階段，”吉爾伯特說。“這是其中一個結(jié)果，只有一個結(jié)果會擊退你的襪子。”

除了對復制時間的影響之外，三種元素的去除導致DNA分子的3D結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。

“我們**在基因組中精確定位了調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和復制時間的特定DNA序列，”Sima說。“這些結(jié)果反映了一種可能的模型，即DNA如何在細胞內(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復制是如何被調(diào)節(jié)的，開辟了遺傳學研究的新途徑。當復制時間發(fā)生變化時 - 就像Gilbert和Sima的實驗一樣 - 它可以完全改變細胞遺傳信息的解釋方式。

當科學家解決復制時間中斷的復雜疾病時，這可能成為關鍵信息。

“如果你在不同的地方和時間復制，你可能會組裝一個完全不同的結(jié)構(gòu)，”吉爾伯特說。“細胞在不同的時間可以使用不同的東西。當復制的東西改變時，遺傳信息的包裝會發(fā)生變化。”