增强子在基因活动爆发中的作用

普林斯顿大学研究人员的一项新研究表明，零星的基因活动爆发可能是遗传调控的重要特征，而不仅仅是偶然的灾难。研究人员发现，称为增强子的DNA片段可以提高爆发的频率，表明这些爆发在基因控制中发挥作用。

研究人员分析了经历DNA转录的果蝇飞胚胎的视频，这是激活基因以制造蛋白质的第一步。在7月14日发表在Cell杂志上的一项研究中，研究人员发现，将增强子放置在相对于其靶基因的不同位置会导致突发频率发生显着变化。

普林斯顿大学的Anthony B. Evnin '62基因组学教授兼Lewis-Sigler综合基因组学研究所所长Michael Levine说：“转录突发的重要性是有争议的。” “虽然我们的研究并未证明所有基因都经历了转录爆发，但我们确实发现我们所看到的每个基因都显示出爆发，这些是确定胚胎将要变成什么的关键基因。如果我们看到爆发，那么我们将在其他地方看到这种可能性。“

当称为RNA聚合酶的酶将DNA编码转换成相应的RNA编码时，DNA的转录就会发生，后者会被转化为蛋白质。大约十年前，研究人员很困惑地发现转录可能是零星的，可变的而不是平滑和连续的。

在目前的研究中，博士后研究员Takashi Fukaya和博士后研究员Bomyi Lim都与Levine合作，探讨了增强子在转录突发中的作用。增强子被DNA结合蛋白识别以增强或降低转录率，但确切的机制却知之甚少。

直到最近，由于光学显微镜的灵敏度和分辨率的限制，在活胚胎中可视化转录是不可能的。三年前开发的一种新方法现在已经成为可能。该技术由两个独立的研究小组开发，一个在普林斯顿大学，由物理学副教授托马斯·格雷戈尔和刘易斯 - 西格勒综合基因组学研究所领导，另一个由巴黎居里研究所的Nathalie Dostatni领导，由荧光标记放置在RNA分子上使它们在显微镜下可见。

研究人员利用这种活体成像技术研究了胚胎发育过程中关键阶段的飞行胚胎，大约在胚胎生命发生后两小时，其中基因经历快速和激烈的转录约一小时。在此期间，研究人员观察到爆发的显着增加，其中RNA聚合酶在每次爆发大约4或5分钟的时间内每10或15秒发出一个新转录的RNA片段。然后这些基因放松了几分钟，接着是另一次爆发。

然后，研究小组研究了增强子的位置 - 基因上游或下游 - 是否影响了爆发的数量。在两个不同的实验中，Fukaya将增强子置于基因启动子的上游或基因的下游，并发现不同的增强子位置导致不同的反应。当研究人员将增强子定位在基因的下游时，他们观察到周期性的转录突发。然而，当他们将增强子定位在基因的上游时，研究人员看到了一些波动但没有离散的爆发。他们发现增强剂离启动子越近，爆发越频繁。

为了确认他们的观察结果，Lim应用了进一步的数据分析方法来计算他们在视频中看到的爆发量。研究小组发现，爆发的频率与增强子在上调基因表达方面的强度有关。强增强剂比弱增强剂产生更多的爆发。该团队还表明，插入称为绝缘体的DNA片段可减少爆发次数并抑制基因表达。

在第二系列实验中，Fukaya显示单个增强子可以同时激活基因组上相隔一定距离的两个基因并具有单独的启动子。最初认为这样的增强器会促进一次启动一个启动器 - 也就是说，它会到达启动器，徘徊，产生爆发，然后脱落。然后，它将随机选择两个基因中的一个进行另一轮爆发。然而，反而观察到的是两个基因同时发生的爆发。

“我们对这一结果感到惊讶，”莱文说。“回到绘图板!这意味着增强子 - 启动子循环相互作用的传统模型不太正确，”Levine说。“由于染色体环的形成，发起人可能会转向增强子。这是未来探索的下一个领域。”