佛罗里达州立大学的一个研究小组解开了一个关于细胞关键过程如何受到监管以及这对未来遗传学研究意味着什么的几十年前的谜团。
在细胞中，DNA及其相关材料定期复制，这是所有生物体必不可少的过程。这有助于从身体对疾病的反应到头发颜色。DNA复制是在20世纪50年代后期确定的，但从那以后，全球各地的研究人员都试图了解这一过程是如何被调节的。现在他们知道了。
David Herbert，J. Herbert Taylor杰出分子生物学教授，博士生Jiao Sima今天在Cell杂志上发表了一篇论文，该论文显示DNA分子中存在控制复制的特定点。
“这真是一个谜，”吉尔伯特说。“复制似乎对我们试图干扰它的所有事情都很有弹性。我们已经详细描述了它，显示它在不同细胞类型中的变化，并且它在疾病中被破坏。但直到现在，我们找不到最后一块，控制元素或控制它的DNA序列。“
值得注意的是，吉尔伯特的教授职位是为了纪念前佛罗里达州教授J. Herbert Taylor。泰勒展示了20世纪50年代后期不同的染色体片段如何复制，并发表了100多篇关于染色体结构和复制的论文。大约60年后，吉尔伯特决定如何调节复制。
Sima在实验室里与Gilbert一起工作，并在DNA分子上运行了近一百个基因突变，希望看到某种结果可以更好地解释复制过程的工作原理。令人沮丧的是，吉尔伯特说他们想出了一个“冰雹玛丽”的尝试。
Gilbert和Sima以尽可能高的3D分辨率检测了DNA的单个片段，并且看到DNA分子上的三个序列经常相互接触。然后研究人员使用一种先进的基因编辑技术CRISPR同时去除这三个区域。
有了它，他们发现这三个元素是DNA复制的关键。
“删除这些元素将段的复制时间从过程的最初阶段转移到最后阶段，”吉尔伯特说。“这是其中一个结果，只有一个结果会击退你的袜子。”
除了对复制时间的影响之外，三种元素的去除导致DNA分子的3D结构发生显着变化。
“我们首次在基因组中精确定位了调控染色质结构和复制时间的特定DNA序列，”Sima说。“这些结果反映了一种可能的模型，即DNA如何在细胞内折叠以及这些折叠模式如何影响遗传物质的功能。”
更好地理解DNA复制是如何被调节的，开辟了遗传学研究的新途径。当复制时间发生变化时 - 就像Gilbert和Sima的实验一样 - 它可以完全改变细胞遗传信息的解释方式。
当科学家解决复制时间中断的复杂疾病时，这可能成为关键信息。
“如果你在不同的地方和时间复制，你可能会组装一个完全不同的结构，”吉尔伯特说。“细胞在不同的时间可以使用不同的东西。当复制的东西改变时，遗传信息的包装会发生变化。”
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