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上海士鋒生物關(guān)于維持基因忠實(shí)拷貝的驚人機(jī)制
點(diǎn)擊次數(shù)：1581 發(fā)布時(shí)間：2013-5-31
斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們通過操縱Set2信號(hào)通路揭示了基因忠實(shí)拷貝的機(jī)制。
基因表達(dá)的*步是通過一種稱作RNA聚合酶-II（Pol II）的酶將DNA段復(fù)制為鏡像RNA。科學(xué)家們認(rèn)為pol II并不是沿著DNA高速公路向下平穩(wěn)滑過來轉(zhuǎn)錄RNA的，而是遭遇到了DNA緊緊纏繞組蛋白的這樣一個(gè)障礙過程。因此必須將這些蛋白推至一旁， pol II才能滾動(dòng)通過。
斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Jerry Workman博士領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室在以往的研究中揭示了一輪轉(zhuǎn)錄一旦完成，與pol II相關(guān)的一種稱作Set2的蛋白如何在生物化學(xué)上修復(fù)組蛋白抑制情勢(shì)以防止?jié)撛谟泻?/font>RNA段表達(dá)的機(jī)制。
在發(fā)表于8月22日《自然》（Nature）雜志在線版上的一項(xiàng)研究中，Workman研究小組利用酵母Set2突變體揭示了在適當(dāng)以及如癌細(xì)胞的不適當(dāng)情況下，維持基因表達(dá)繼續(xù)的驚人機(jī)制。
Workman 說：“實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是要了解轉(zhuǎn)錄的運(yùn)作機(jī)制。我們知道RNA鏈的合成必須從基因的起點(diǎn)開始zui終編碼出全長的蛋白質(zhì)，阻止RNA合成在基因中隱含的位點(diǎn)開始是非常重要的。在這項(xiàng)研究中，我們?cè)诜肿铀缴咸接懥似溆锌赡苁侨绾伟l(fā)生的。”
兩類染色質(zhì)重塑因子競(jìng)爭(zhēng)激活或抑制基因表達(dá)。“激活子”通過用乙酰基團(tuán)修飾組蛋白，將其撬離DNA使得pol II得以通過。抑制組包括Set2在內(nèi)，通過插入它們自己的生物化學(xué)標(biāo)志來終止基因表達(dá)，這一標(biāo)志就是甲基基團(tuán)，隨后吸引一種酶除去乙酰基團(tuán)，修復(fù)染色質(zhì)至難以接近的狀態(tài)。這種抑制確保了轉(zhuǎn)錄的錯(cuò)誤起始不會(huì)發(fā)生在基因所謂的“隱含”位點(diǎn)。
以往，很多人以為當(dāng)通過染色質(zhì)重塑子修飾或除去組蛋白乙酰基時(shí)，組蛋白仍然與DNA保持接觸。“這是一種可能的情況，但我們根本不知道隨著RNA鏈的延伸染色質(zhì)上的組蛋白到底發(fā)生了什么。我們認(rèn)為在轉(zhuǎn)錄過程中發(fā)生了某種組蛋白交換，但卻并不知道它是否在整個(gè)基因發(fā)生。”
為了調(diào)查潛在的組蛋白重組，研究小組通過遺傳操作釀酒酵母追蹤是否有標(biāo)記組蛋白移入及移出染色質(zhì)的方式評(píng)估了組蛋白的化學(xué)修飾。利用這一系統(tǒng)他們比較了Set2突變體和正常酵母中所有6000種基因中全面的組蛋白乙酰化和甲基化。
他們首先觀察到在正常細(xì)胞中Set2插入的抑制性甲基化標(biāo)記遍及了正表達(dá)基因的軌道，如預(yù)期的在Set2突變體中標(biāo)記消失。在這些突變體中大部分的基因顯示乙酰化標(biāo)記相應(yīng)增加，這可以通過Set2招募乙酰基剪除機(jī)能力喪失來解釋。
進(jìn)一步的分析表明這其中許多的乙酰化蛋白實(shí)際上并非是殘留嵌入在染色質(zhì)中的，而是從外部的堆積物中“引入”的，或如Venkatesh所說“預(yù)乙酰化”。“這是非常重要的因?yàn)樗馕吨悴灰獙⒅厮苊笌У皆僖阴；M蛋白處，“他說。
這些研究還表明Set2在調(diào)控基因表達(dá)中比預(yù)想的發(fā)揮了更為復(fù)雜的作用。Workman 解釋說：“通過Set2放置在組蛋白上的甲基標(biāo)記具有兩個(gè)功能。它不僅招募了脫乙酰酶去除組蛋白的乙酰基標(biāo)記，這些新發(fā)現(xiàn)表明它還阻止了預(yù)乙酰化組蛋白結(jié)合到基因上。
研究小組還利用微陣列分析將這些化學(xué)修飾與異常基因表達(dá)起來，顯示不同于正常酵母，Set2突變體生成了各種截短的“隱含”RNA轉(zhuǎn)錄物。
Venkatesh說：“當(dāng)基因表達(dá)時(shí)，你不會(huì)想分流系統(tǒng)生成不用利用的RNAs。當(dāng)細(xì)胞處于熱壓力或環(huán)境壓力下時(shí)，它們通過生成短RNA彪馬發(fā)生壓力信號(hào)的蛋白來做出反應(yīng)。細(xì)胞在正常情況下需要Set2來維持這些隱含的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的寧靜。”
Workman同意并指出RNA的截短鏈有可能干擾了正常RNAs翻譯為蛋白質(zhì)。“生成它們表明了包含這些基因的區(qū)域中染色體的不穩(wěn)定性，這種情況可能會(huì)導(dǎo)致人類的癌癥。Set2蛋白的人類相似物SETD2，據(jù)報(bào)道功能為腫瘤抑制子，在包括乳腺癌和腎細(xì)胞癌在內(nèi)的幾種類型的癌癥中它的活性均喪失，”他說。
認(rèn)識(shí)到組蛋白交換實(shí)際上以大比例發(fā)生與規(guī)劃中的癌癥治療也有相關(guān)性。“乙酰化和脫乙酰化組蛋白的蛋白質(zhì)作為抗癌藥物的靶點(diǎn)正在研究之中。因此了解將乙酰化組蛋白帶到基因處的機(jī)制非常重要。像我們這樣的機(jī)制研究提供了這類的認(rèn)識(shí)，”Venkatesh說。