果蝇蛋白双重功能可以使其成为蛋白质功能研究的模型

一种名为CLAMP的基本果蝇蛋白可以帮助生物学家回答关键问题，即同一蛋白质如何能够在同一细胞中的不同染色体上协调两个完全不同的过程。

对果蝇中关键蛋白质的新研究为生物学中的一个基本问题提供了一个清晰的模型，特别是药物开发具有重要意义：什么影响完全相同的蛋白质来协调一条染色体上的重要分子过程，但另一条染色体上的完全不同的分子过程?

这项新研究涉及最近发现的蛋白质CLAMP。此前，布朗大学的科学家已经确定CLAMP是这一过程中的关键，通过这个过程，雄性细胞可以双重表达其单个X染色体，从而实现与雌性的遗传平等，这是男性存在和生存所必需的过程。现在，在发表在“基因与发育”杂志上的一项研究中，研究人员发现CLAMP的另一个作用对男性和女性同样重要 - 蛋白质负责协调胚胎新复制细胞中DNA的过程。变得适当缠绕和结构化。

“这真的令人兴奋，因为现在我们有两条独立的染色体，CLAMP在这些染色体上完成了重要的工作，”资深作者Erica Larschan说。“这为我们提供了一种比较和对比策略，我们可以在这种策略中了解一种蛋白质在特定环境中的作用方式。”

重要的是，布朗的博士后研究员Leila Rieder补充说，因为为了针对关键蛋白质的临床干预措施做得更好而不是伤害，他们需要根据具体情况量身定制。阻断或扩增基因或蛋白质来治疗疾病可能很诱人，但是如果不将干预局限于该过程，它可能会破坏同一基因或蛋白质在不相关过程中的完全健康的作用。这可能会产生潜在的破坏性副作用。

“在人们中使用遗传学的最大担忧之一就是存在脱靶效应，”Rieder说。“你不知道什么时候你操纵一个基因，如果它会产生一个效果，或者它会产生很多影响。我们不了解那个操纵所具有的所有角色。”

对CLAMP，Rieder和Larschan说的第二个赋予生命的作用的确认，提供了一个完美的例子，这个蛋白质在果蝇的方便研究模型中以两种完全不同的方式必不可少。

CLAMP去了GAGA

CLAMP在整个苍蝇基因组中与DNA结合，但当它发现核苷酸GA的一系列重复序列时，它会产生相应的作用。在这项新研究中，科学家们在“组蛋白基因座”上发现2号染色体上的长​​GA重复序列和CLAMP，其中一组基因产生蛋白质，DNA在其周围被卷绕以适应细胞核内部。在包括人类在内的许多生物体中，细胞组装了相同的蛋白质组，围绕它们包裹着它们的DNA。每个微观细胞中都存在大约一码的DNA，因此必须紧密包装，但仍可在新受精卵中立即进行调节。

在一系列实验中，布朗，北卡罗来纳大学和马萨诸塞州总医院的一个研究小组发现，在果蝇中，CLAMP是一种蛋白质，它通过招募其他已知的调节剂来启动基因调控过程，从而产生组蛋白。他们发现，它是新受精卵中组蛋白基因座现场的第一批蛋白质之一，并通过细胞打开组蛋白基因座。团队干扰CLAMP的实验几乎普遍导致飞蛋无法孵化。

事实上，发现CLAMP被证明是如此致命，因此研究它的功能需要一个实验性的策略，允许科学家在保持苍蝇活着的同时操纵CLAMP。例如，为了理解CLAMP如何将其他组蛋白相关蛋白诱导到组蛋白基因座，布朗团队与北卡罗来纳大学的合作者，包括共同主要作者Kaitlin Koreski合作，生成了不会干扰其的CLAMP模拟物。天然CLAMP的DNA结合，但仍然可以吸引控制组蛋白基因调控的其他关键调控蛋白。

相同的蛋白质，不同的功能

Larschan和Rieder对CLAMP在组蛋白基因座上的功能的新理解现在与他们对X染色体上的功能的理解相匹配。但他们表示，他们还不确切知道这两条染色体的背景有何不同，因此具有相同分子解剖结构且与相同GA重复序列结合的CLAMP设法招募两组完全不同的蛋白质来进行单独的基因表达任务。

这是他们研究的下一步。

“它为未来树立了典范，”拉尔桑说。“很少有病例 - 当我阅读文献时，我总是感到惊讶 - 在一个蛋白质的不同位点有特定的角色。这是一个非常强大的模型。”