由普林斯頓大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究提出，零散的基因活性爆發(fā)并非是偶然事故，而有可能是遺傳調(diào)控的重要特征。研究人員發(fā)現(xiàn)稱作為增強(qiáng)子的DNA片段可以提高這種爆發(fā)的頻率，表明這種爆發(fā)在基因控制中起作用。

研究人員分析了正經(jīng)歷DNA轉(zhuǎn)錄的果蠅胚胎視頻。在發(fā)表在7月14日《細(xì)胞》（Cell）雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)將啟動子置于相對于靶基因不同的位置可導(dǎo)致爆發(fā)頻率的顯著改變。

美國國家藝術(shù)與科學(xué)院院士及美國科學(xué)院院士、普林斯頓大學(xué)基因組學(xué)教授、Lewis-Sigler整合基因組學(xué)研究所所長Michael Levine說：“對于轉(zhuǎn)錄爆發(fā)的重要性一直存在爭議。盡管我們的研究沒有證實(shí)所有的基因經(jīng)歷了轉(zhuǎn)錄爆發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)我們檢測的每個(gè)基因都顯示了轉(zhuǎn)錄爆發(fā)，它們是一些定義胚胎變化的關(guān)鍵基因。如果我們在這里看到爆發(fā)，則很有可能在別處看到它。”

DNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生在RNA聚合酶將DNA密碼轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的RNA密碼之時(shí)，后者隨后被翻譯為蛋白質(zhì)。在大約十年前研究人員疑惑地發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄可能是零散的、可變的，而非順暢的、連續(xù)的。

在當(dāng)前的研究中，博士后研究人員Takashi Fukaya，博士后研究助理Bomyi Lim和Levine一起，探究了增強(qiáng)子在轉(zhuǎn)錄爆發(fā)中的作用。一些DNA結(jié)合蛋白識別增強(qiáng)子增大或減小了轉(zhuǎn)錄速度，但對于其確切的機(jī)制仍不清楚。

直到近年，由于受到光學(xué)顯微鏡敏感性和分辨率的限制，都無法在活體胚胎中顯像轉(zhuǎn)錄。三年前開發(fā)的一些新方法使得這成為了可能。這一技術(shù)涉及將一些熒光標(biāo)記置于RNA分子上，使得能夠在顯微鏡下看到它們。

研究人員利用這一活體成像技術(shù)在發(fā)育的一個(gè)關(guān)鍵階段，胚胎生命起始后近2小時(shí)研究了果蠅胚胎，在這里一些基因在大約一小時(shí)內(nèi)經(jīng)歷了快速及激烈的轉(zhuǎn)錄。在這一期間，研究人員觀察到爆發(fā)顯著增長，在每次爆發(fā)大約4或5分鐘的時(shí)間內(nèi)每10或15秒，RNA聚合酶制造出了一條新轉(zhuǎn)錄的RNA片段。隨后基因放松幾分鐘，接著是另一個(gè)爆發(fā)事件。

研究小組隨后檢測了增強(qiáng)子的位置：在基因的上游或下游對于爆發(fā)量的影響。在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)中，Fukaya將增強(qiáng)子置于基因啟動子上游，或是基因下游，看到不同的增強(qiáng)子位置導(dǎo)致了不同的反應(yīng)。當(dāng)研究人員將增強(qiáng)子置于基因的下游時(shí)，他們觀察到轉(zhuǎn)錄的零散爆發(fā)。而當(dāng)他們將增強(qiáng)子置于基因上游時(shí)，研究人員看到了一些波動，但沒有不連續(xù)的爆發(fā)。他們發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)子越接近啟動子，爆發(fā)越頻繁。

為了證實(shí)他們的觀察結(jié)果，Lim進(jìn)一步應(yīng)用一些數(shù)據(jù)分析方法，計(jì)算他們在視頻中看到的爆發(fā)量。該研究小組發(fā)現(xiàn)爆發(fā)的頻率與增強(qiáng)子上調(diào)基因表達(dá)的強(qiáng)度有關(guān)。相比弱增強(qiáng)子，強(qiáng)增強(qiáng)子產(chǎn)生了更多的爆發(fā)。該研究小組還證實(shí)，插入稱作為絕緣子的DNA片段可減少爆發(fā)數(shù)量，抑制基因表達(dá)。

在第二輪的一系列實(shí)驗(yàn)中，Fukaya證實(shí)單個(gè)增強(qiáng)子可以同時(shí)激活在基因組上相距一段距離，有各自的啟動子的兩個(gè)基因。原本以為這樣的增強(qiáng)子將一次促進(jìn)一個(gè)啟動子處的轉(zhuǎn)錄爆發(fā)，它將到達(dá)一個(gè)啟動子處，逗留，生成一次爆發(fā)，并脫離。然后，它隨機(jī)選擇兩個(gè)基因中的一個(gè)完成下一輪爆發(fā)。然而，他們觀察到兩個(gè)基因同時(shí)發(fā)生了轉(zhuǎn)錄爆發(fā)。

Levine說：“我們對這樣的結(jié)果感到驚訝。一切重新開始！這意味著傳統(tǒng)的增強(qiáng)子-啟動子環(huán)互作模型并不完全正確。有可能是由于染色體環(huán)的形成，啟動子移動到了增強(qiáng)子處。這是未來探索的下一個(gè)領(lǐng)域。”

來自復(fù)旦大學(xué)、哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員在新研究中揭示，由RACK7/KDM5C復(fù)合物充當(dāng)增強(qiáng)子“剎車”，抑制了增強(qiáng)子過度激活。這一重要的研究發(fā)現(xiàn)發(fā)布在2016年4月7日的Cell雜志上。

來自Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所、Dana-Farber癌癥研究所的研究人員，在一項(xiàng)研究中揭示出了稱作為超級增強(qiáng)子（super-enhancers）的基因控制元件是如何作為功能部件將多個(gè)信號通路集中于一些關(guān)鍵基因處以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性的。這項(xiàng)研究工作表明，這些基因控制元件為一些信號通路提供了平臺，調(diào)控了在正常細(xì)胞和癌癥中控制細(xì)胞身份的關(guān)鍵基因。研究論文發(fā)表在2015年的Molecular Cell雜志上。

2014年12月，Cell雜志在線版公布了兩項(xiàng)重要的研究成果，解析了B細(xì)胞超級增強(qiáng)子與一種稱為活化誘導(dǎo)胞嘧啶脫氨酶（AID）之間的相互作用機(jī)制，這將有助于我們深入了解增強(qiáng)子的調(diào)控機(jī)制，以及AID作用方式。