精密的細胞:最近的研究刷新了對基因調控的認識,新模型即將提出

基因表達的調節,打開或關閉基因,增加或減少其表達,對於在發育過程中定義細胞身份和協調細胞活動至關重要。基因調控的常見模型將細胞核想象成一個大空間,其中參與DNA轉錄的分子似乎隨機漂浮,直到它們偶然發現它們可以結合的DNA序列或其他轉錄機制,換句話說,以往人們認為基因調控是隨機的。

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然而,這種範式正在被顛覆,因為在過去幾年中,研究人員發現,細胞實際上將其調控過程劃分為不連續的無膜結構,而不是隨機的碰撞。今年早些時候,懷特黑德研究所成員理查德楊和其他人的研究報告稱,這種不連續的,區域化的調控是基因調控的一個至關重要的,從未被觀察到的方面,這和以往的認知,即細胞大空間內隨機的碰撞有著本質區別。

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發表在《細胞》雜誌上的最新研究進一步探討了這種不連續化如何協調轉錄調控。這就需要我們知道什麼是激活域。激活域是轉錄因子的一部分,但是它隱藏得非常好。含有DNA轉錄因子的一側與基因附近的DNA區域結合,另一端稱為激活域,它將轉錄的過程指定在基因附近,避免不必要的轉錄錯誤。

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這項最新研究表明,激活域通過與其他轉錄蛋白結合,在其調節的基因附近形成液滴來完成它們的工作 。

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由於人們對轉錄因子結構和功能還不算太瞭解,我們不能通過控制轉錄因子來治療疾病。基因調控的這種新理解對醫學和藥物發現具有重大意義,因為基因調控中的錯誤是許多疾病(如癌症)的關鍵組成部分,這種新理解可以幫助人們認識疾病是怎樣影響基因調控的。

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蛋白質一般為確定的立體結構,並且只能與特定的分子結合,這就如同鑰匙和鎖的關係。然而,轉錄因子蛋白的激活域包含所謂的固有無序區域,隨意纏繞成不同形狀,這種特點使分子在許多點結合,形成鬆散連接的動態網絡,這樣似乎會促使其相分離。

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幾十年來,在基因調控方面,人們使用鎖和鑰匙的生動比喻去研究生物學,它們優雅,易於可視化和模型化,但它們並不能說明整個故事,它們存在些許漏洞。

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基因調控對每個人的功能都很重要,從細胞分化到發育再到細胞維持。對基因調控的新理解具有深遠而正面的影響,它可以助力人類治療某些頑症,例如癌症,或者研發及測試藥物。


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