南方醫科大顏光玗教授Nature揭示基因表達調控機制

　　由來自法國巴黎-薩克雷大學、中國南方醫科大學、美國賓夕法尼亞州立大學等機構的科學家組成的一個國際研究小組，揭示出了一些特殊的酶重塑細胞核中極其凝縮的遺傳物質，由此控制哪些基因獲得利用的機制。這一研究發現發布在1月27日的《自然》（Nature）雜志上。

　　中國南方醫科大學的顏光玗(Kuangyu Yen)教授，法國巴黎-薩克雷大學的Matthieu Gérard，以及賓夕法尼亞州立大學的B. Franklin Pugh教授是這篇論文的共同通訊作者。顏光玗教授于2014年8月進入南方醫科大學基礎醫學院細胞生物學教研室斑馬魚重點實驗室工作。研究興趣在于探討染色質重塑子（CRs）如何通過調控核小體來影響癌癥的發展，核小體組織結構的缺陷會導致癌癥和發育缺陷等疾病。

　　眾所周知，核小體是由DNA纏繞著蛋白質構成，串珠狀的核小體進一步通過高度反復盤旋折疊，由此遺傳物質折疊壓縮成為了稱作為染色質的結構。Pugh說：“我們知道，壓縮成染色質使得實現基因表達必需的細胞機器無法接近一些基因，我們還知道一些酶打開了染色質指定了可接近及在細胞中表達的基因。然而直到現在，我們仍不清楚這些酶發揮功能的機制。”

　　研究人員首先繪制出了小鼠胚胎干細胞全基因中幾個“染色質重塑酶”的定位。這一繪圖顯示，這些重塑酶結合了微球菌核酸酶(MNase)定義的無核小體啟動子區域(NFRs)側翼的一個或全部的核小體。

　　隨后研究人員通過逐個減少胚胎干細胞中這些染色質重塑酶的數量測試了它們對基因表達的影響。科學家們發現，一些染色質重塑酶促進了基因表達，一些抑制了基因表達，另一些則既可以促進又可以抑制基因表達。

　　Pugh 說：“基因正確地表達是在胚胎發育過程與成年生活中定義不同細胞類型身份和功能的必要條件。染色質重塑酶通過允許或阻止接近基因起始處關鍵的DNA片段，幫助了每種細胞類型精確地表達一組正確的基因。”

　　基因表達及其調控過程是分子生物學的核心問題，是現代生命科學研究的重點和熱點問題之一。2015年5月，研究人員在美國國立衛生研究院基因型-組織表達（GTEx）項目的資金資助下，構建出了一個萬眾期待的新數據資源，它可以幫助確立個體基因組構成之間的差異對于基因活性的影響以及對疾病的貢獻。借助于這一新資源，科學家們可以同時探究許多不同人類組織和細胞的潛在基因組學，并有望為研究和了解人類生物學開辟新途徑。這一重大的成果以三篇論文形式發表在Science雜志上。

　　2015年8月，來自維也納大學和維也納醫科大學Max F. Perutz實驗室的研究人員破譯了核孔利用“翻譯器”（interpreters）來直接影響基因表達的一個機制。這些研究結果發布在《細胞》（Cell）雜志上。

　　過去人們普遍認為，隨機分子過程（被稱為隨機噪音）是造成上述差異的主要原因。數十年來，這一觀點得到了大量實驗和理論模型的支持。2015年12 月，蘇黎世大學的一項重大發現對這一理論提出了挑戰。這項發表在Cell雜志上的研究指出，人類細胞中細胞核與細胞質的空間分隔，形成了某種被動過濾器。這種過濾器抑制了隨機噪音，使人類細胞能夠精確調控單個基因的活性。