佛羅里達州立大學的一個研究小組解開了一個關於細胞關鍵過程如何受到監管以及這對未來遺傳學研究意味著什麼的幾十年前的謎團。
在細胞中，DNA及其相關材料定期複製，這是所有生物體必不可少的過程。這有助於從身體對疾病的反應到頭髮顏色。DNA複製是在20世紀50年代後期確定的，但從那以後，全球各地的研究人員都試圖瞭解這一過程是如何被調節的。現在他們知道了。
David Herbert，J. Herbert Taylor傑出分子生物學教授，博士生Jiao Sima今天在Cell雜誌上發表了一篇論文，該論文顯示DNA分子中存在控制複製的特定點。
“這真是一個謎，”吉爾伯特說。“複製似乎對我們試圖干擾它的所有事情都很有彈性。我們已經詳細描述了它，顯示它在不同細胞類型中的變化，並且它在疾病中被破壞。但直到現在，我們找不到最後一塊，控制元素或控制它的DNA序列。“
值得注意的是，吉爾伯特的教授職位是為了紀念前佛羅里達州教授J. Herbert Taylor。泰勒展示了20世紀50年代後期不同的染色體片段如何複製，並發表了100多篇關於染色體結構和複製的論文。大約60年後，吉爾伯特決定如何調節複製。
Sima在實驗室裡與Gilbert一起工作，並在DNA分子上運行了近一百個基因突變，希望看到某種結果可以更好地解釋複製過程的工作原理。令人沮喪的是，吉爾伯特說他們想出了一個“冰雹瑪麗”的嘗試。
Gilbert和Sima以儘可能高的3D分辨率檢測了DNA的單個片段，並且看到DNA分子上的三個序列經常相互接觸。然後研究人員使用一種先進的基因編輯技術CRISPR同時去除這三個區域。
有了它，他們發現這三個元素是DNA複製的關鍵。
“刪除這些元素將段的複製時間從過程的最初階段轉移到最後階段，”吉爾伯特說。“這是其中一個結果，只有一個結果會擊退你的襪子。”
除了對複製時間的影響之外，三種元素的去除導致DNA分子的3D結構發生顯著變化。
“我們首次在基因組中精確定位了調控染色質結構和複製時間的特定DNA序列，”Sima說。“這些結果反映了一種可能的模型，即DNA如何在細胞內摺疊以及這些摺疊模式如何影響遺傳物質的功能。”
更好地理解DNA複製是如何被調節的，開闢了遺傳學研究的新途徑。當複製時間發生變化時 - 就像Gilbert和Sima的實驗一樣 - 它可以完全改變細胞遺傳信息的解釋方式。
當科學家解決複製時間中斷的複雜疾病時，這可能成為關鍵信息。
“如果你在不同的地方和時間複製，你可能會組裝一個完全不同的結構，”吉爾伯特說。“細胞在不同的時間可以使用不同的東西。當複製的東西改變時，遺傳信息的包裝會發生變化。”
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