对DNA包装如何协调发展的新见解

来自犹他大学(U of U)的亨斯迈癌症研究所(HCI)的最新研究阐明了早期胚胎(男性精子细胞对雌性卵细胞受精的产物)如何产生所有细胞的方面。成年动物的类型。研究人员证明，数百个控制胚胎发育的重要基因都在早期胚胎中以独特的方式包装 - 甚至早在父本精子中 - 并且这种包装有助于控制不同基因的表达方式，时间和地点在胚胎中。该研究结果发表在今天的Cell杂志上，对于理解早期发育如何精心策划具有重要意义，并为父母环境如何影响后代中这些基因的表达提供了一种机制。

布拉德凯恩斯博士，HCI基础科学高级主任，U大学肿瘤科学教授和主席，以及他的同事，包括博士后研究员Patrick Murphy博士，在这项工作中使用斑马鱼，这是一个与人类保持显着相似性的模型系统发展。他们证明了对控制发育很重要的DNA片段(基因)被包装在物理结构中，这些物理结构有助于在不同的发育阶段“打开”和“关闭”基因。这些物理结构用作平台，根据需要帮助激活或平衡这些基因以进行正常发育。研究人员还确定了将这些物理结构置于基因组中的蛋白质机器以及去除它们的蛋白质，以确保其正确放置和功能。这项工作建立在凯恩斯实验室的几项先前研究的基础上，这些研究表明基因如何为胚胎发育的不同方面做好准备。

“胚胎发育的一个关键问题是早期胚胎如何达到它所显示的全能性状态 - 即能够成为体内任何类型细胞的能力。我们认为，核心答案可能是将所有决策基因打包在一个特殊的物理状态，有助于识别和调节它们，“凯恩斯解释说。

长期以来，研究人员一直在寻求更好地了解来自母亲和父亲的基因是否以及如何以影响胚胎表达和发育的方式进行包装，以及在开发过程中如何维持或重新编程这些包装状态。该研究确定了包装 - 称为组蛋白变体H2AFV - 并提供了遗传基因包装的机制，因此对发育潜力和遗传具有重要意义。值得注意的是，虽然父本精子中基因的初始包装与母本中的包装有所不同，但母体包装显示重新编程为父本基因组的相同包装状态，从而协调了早期胚胎中父母的包装状态。达到相同的细胞发育状态。

这项工作的意义包括通过影响发育基因的包装方式，探讨环境因素(例如吸烟)如何影响性状遗传的可能机制。“这些包装状态有助于确定基因在正常发育过程中是否以及如何表达。这些基因如果被错误调节可导致发育障碍，并可能导致癌症倾向，”凯恩斯说。“通过更好地了解正常发育过程中会发生什么，它开辟了新的可能性，能够识别癌症等疾病的前体，当细胞发育变得混乱时。”