基因组自我调节的新型分子机制

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基因组自我调节的新型分子机制

源井生物今日阅读推荐：近日，两篇刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中，来自加州理工学院等机构的科学家们通过研究揭示了基因组自我调节的分子机制。生物体的基因组中包含了每个细胞和组织发育和发挥正常功能所需要的所有信息，当被写入DNA后，每个基因都会进行信息编码，包括帮助确定组织形状的结构蛋白、催化生命化学反应的酶、以及用于细胞之间交流的信号蛋白。

DNA

图片来源：CC0 Public Domain

就好像调光开关一样，每个基因都会被强烈开启或弱开启，或者关闭基因的表达，单个细胞拥有不同的基因表达模式，这就使其能够在不同组织中发挥不同的功能，比如免疫细胞能够表达蛋白使其能有效识别入侵者，而神经元则能够表达特殊蛋白将神经信号传递给其附近的细胞。

当然了，细胞抑制其基因表达并使其沉默的能力同样也很重要，在细胞中，DNA能够紧紧缠绕在由蛋白质构成的线轴上，就像线缠绕在线轴上一样，这种DNA-蛋白质的结合结构被称为染色质。不同的基因拥有不同的染色质结构，这些结构在调节基因表达上扮演着非常关键的角色，目前研究人员并没有深入研究需要被沉默的基因是如何被识别以及包装到压缩的染色质结构中，这项研究中，研究人员就通过研究揭示了细胞如何来沉默自身基因的表达。

在第一篇文章中，研究人员揭示了细胞沉默转座子表达的分子机制，转座子是细胞中的一种寄生性遗传元件（parasitic genetic elements），如果没有被严格控制的话，其就会从基因组的一个位置跳跃到另一个位置，并且诱发其它基因发生突变，同时还会增加转座子自身的数量；研究者表示，名为piRNAs的核酸分子能够识别并抑制有害的转座子，但其背后的作用机制目前研究人员并不清楚；piRNAs能与名为SUMO（小泛素样蛋白，small ubiquitin-like protein）的小型蛋白相互协作来修饰这些自私转座子上的染色质结构并有效抑制其功能。

第二项研究中，研究人员重点分析了SUMO和染色质在控制正常细胞基因表达上所扮演的关键角色，染色质包括两种类型，即常染色质和异染色质；常染色质是基因组中表达最活跃的基因，而异染色质中的基因则被认为处于沉默状态，这项最新研究打破了科学家们现有的模式，研究结果表明，异染色质中存在的基因也是会发生表达的，因为其处于染色质环境中。

最后研究者Maria Ninova表示，如今我们知道，SUMO扮演着抑制转座子表达的沉默标志，否则其会干扰异染色质中基因的合适表达，这或许就是SUMO的一个意想不到的功能。研究者发现，异染色质会限制特殊组织中的基因表达，同时他们还鉴别出了一种新型机制，其能促进细胞维持常染色质和异染色质之间的合适平衡。

原始出处：

Maria Ninova, Yung-Chia Ariel Chen, Baira Godneeva, et al. Su(var)2-10 and the SUMO Pathway Link piRNA-Guided Target Recognition to Chromatin Silencing, Molecular Cell (2019). DOI: 10.1016/j.molcel.2019.11.012

Maria Ninova, Baira Godneeva, Yung-Chia Ariel Chen, et al. The SUMO Ligase Su(var)2-10 Controls Hetero- and Euchromatic Gene Expression via Establishing H3K9 Trimethylation and Negative Feedback Regulation, Molecular Cell (2019). DOI: 10.1016/j.molcel.2019.09.033

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