《Nature》DNA复制极简模型

DNA分子位于细胞核中，是DNA和蛋白质的密集复合物，称为染色质。DNA被称为组蛋白的特殊蛋白质的核心部分包裹，形成所谓的核小体，核小体沿着DNA排列，就像串上的珍珠一样。对于生命的基本过程之一，复制，DNA的加倍，标准教科书的观点倾向于将这种字面上的纠缠结构视为一种障碍，必须通过消耗能量来放松和克服。由LMU生物医学中心(BMC)的分子生物学家Christoph F. Kurat博士领导的研究小组现在已经证明，这并不是全部的真相:在基因组的某些地方，即复制的起点，一个特征核小体结构对复制的开始至关重要，研究人员在《Nature》杂志上报告说。

在细胞分裂之前，它的DNA必须加倍。这个过程并不仅仅从一个地方开始，而是分子复制机器在染色体上的许多起始点同时工作。人类细胞拥有大约3万个这种所谓的复制源，而Kurat的团队作为模型生物进行研究的基因组较小的单细胞面包酵母则拥有大约400个这种复制源。不久前，研究人员在这些起源处发现了特征性的染色质结构:这些位点上的核小体以非常规则的方式排列，比基因组的其他部分更有序。

试管中的极简模型

为了研究这种结构规律是如何产生的，以及它是如何影响复制的，Kurat和他的团队花了数年时间来分离参与酵母细胞复制的蛋白质和来源，这样他们就可以在试管中复制出一个功能复制系统。“这种生物化学重组方法非常费力，”Kurat强调说，“但对于详细理解复杂的过程也非常有价值。因此，我们与BMC和马克斯·普朗克生物化学研究所的同事进行了如此富有成效的合作，这对我们来说是一个福音。”

通过这些重构，研究人员能够证明是哪些因素在起源处产生了规则的染色质结构，以及这对复制机制从起点开始有多么重要。“没有这种染色质结构的突变细胞是不可存活的，”该研究的主要作者Erika Chacin说。启动复制的一个关键因素是蛋白质复合体ORC (Origin Recognition complex)，人们早就知道它可以招募复制机器的必要部分。令他们惊讶的是，研究人员发现这种复合物还有第二个功能:它在高度有序的染色质结构的起源中起着至关重要的作用，它通过与所谓的染色质重塑复合物一起相应地排列核小体。

“我们的研究结果让科学家们对复制有了更好的理解，”Kurat说。“这是生命最基本的过程之一，对它有更深层次的理解本身就很重要。此外，例如，在癌细胞的情况下，复制和染色质结构都会出错。我们能够将这两个方面结合在一起，有助于在未来开发更好的药物。许多癌症药物抑制DNA复制，这与强烈的副作用有关。染色质结构可能是我们未来可以使用的新杠杆。”

原文：Establishment and Function of Nucleosome Organization at Eukaryotic Chromosome Replication Origins.