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Science子刊:DNA的时断时续

由东京大学的Kannosuke Yabe, Asuka Kamio和Soichi Inagaki领导的研究人员发现,在鲸鱼衣组蛋白H3赖氨酸-9 (H3K9)甲基化,通常被认为是关闭基因转录的标志,也可以通过其他两种蛋白质和组蛋白标记的相互作用开启基因表达。分子机制表明,H3K9甲基化与其说是一个简单的“关闭开关”,不如说是一个微调DNA转录的“调光开关”。这一发现表明,在其他生物体中也可能存在类似的机制。研究结果发表在《科学进展》杂志上。

DNA通常被称为“生物有机体的蓝图”。然而,称其为“细胞工具箱”可能更准确,因为细胞还需要控制哪些基因(DNA的基本组成部分)被转录,或者换句话说,“打开或关闭”。这是表观遗传学,它涉及多种蛋白质的复杂相互作用,比如组蛋白。H3K9甲基化是一个与关闭DNA转录相关的表观遗传标记。尽管H3K9甲基化在25年前就被发现了,但并不是所有的分子机制都被阐明了。

“生物系统是如此复杂,”首席研究员Inagaki说,“我们几乎不可能确切地了解生命是如何运作的。”但我们可以试着理解其中的一小部分。基因活动的调节是生命的基础,与许多生物现象有关。”

研究人员选择研究拟南芥(俗称拟南芥)基因调控的分子机制。该团队使用了一种称为染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)的技术。这项技术提供了蛋白质如何与DNA相互作用的详细视图。它可以用来非常精确地分析蛋白质修饰的位置,使其成为研究组蛋白甲基化的合适工具。然后,H3K9甲基化的特殊作用的结果出现了。

“起初,我没有注意到分析的结果,”稻垣回忆说,“并且在大约一年的时间里没有对这个主题做任何进一步的研究。我忽略了这个发现,因为它太出乎意料了。但有一天,我灵光一现,脑子里的一切都明白了。在那之后,证明H3K9甲基化具有双重作用的假设进展顺利。”

H3K9甲基化的双重作用是通过另外两个蛋白LDL2和ASHH3实现的。LDL2通过去除另一个组蛋白标记H3K4甲基化来帮助关闭基因。ASHH3通过第三个组蛋白标记H3K36甲基化来阻止LDL2发挥作用,从而激活该基因。3个组蛋白标记(H3K9, H3K4, H3K36)的复杂关系决定了该基因的活性。

“我很高兴我们发现了H3K9甲基化对基因调控的基本方面,尽管在许多生物体中已经进行了许多关于H3K9甲基化的功能和控制机制的研究。我希望这一发现将刺激进一步的科学努力,以阐明基因调控是如何工作的,”Inagaki说,他已经在考虑未来的研究。


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