被評(píng)為2012年生命科學(xué)領(lǐng)域最佳工作地點(diǎn)之一的美國(guó)格萊斯通研究院又出新成果。人們?cè)?jīng)認(rèn)為基因轉(zhuǎn)錄是連續(xù)的，而科學(xué)家的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這一傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論，美國(guó)格萊斯通研究院的研究人員描繪了人類基因組基因啟動(dòng)的主要方式和確切頻率，文章將于本周發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS的網(wǎng)站上。

格萊斯通研究院的Leor Weinberger博士及其研究團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，基因脈沖式的開關(guān)行為（稱為burst）是合成蛋白質(zhì)的主要方式。這項(xiàng)研究能幫助人們更深入的了解這一最基礎(chǔ)的細(xì)胞過(guò)程，也為科學(xué)家研究基因啟動(dòng)故障相關(guān)疾病提供了新線索。

每個(gè)細(xì)胞都得合成蛋白，而儲(chǔ)存蛋白合成指令的DNA和基因儲(chǔ)存在細(xì)胞核中。當(dāng)基因啟動(dòng)時(shí)，這些指令被轉(zhuǎn)錄為RNA，由RNA指導(dǎo)蛋白合成。從分解消化脂肪到抵御細(xì)菌/病毒等外來(lái)入侵者，蛋白在細(xì)胞中執(zhí)行著各種各樣的功能。蛋白合成的時(shí)機(jī)和頻率對(duì)于細(xì)胞健康非常關(guān)鍵。

“基因以一定的頻率啟動(dòng)蛋白合成這一基礎(chǔ)生物過(guò)程，”加州大學(xué)舊金山分校UCSF格萊斯通研究院的Weinberger博士說(shuō)。人們?cè)?jīng)一直認(rèn)為這一過(guò)程是連續(xù)的，基因一旦被啟動(dòng)就會(huì)保持開啟狀態(tài)，以穩(wěn)定的速率產(chǎn)出大量蛋白產(chǎn)物。但近來(lái)有研究顯示，DNA生產(chǎn)RNA的過(guò)程是快速而間斷性的，就像脈沖或機(jī)關(guān)槍。格萊斯通研究院的研究者們決定分析這種burst機(jī)制在基因組中所占的比例。研究人員將綠色熒光蛋白插入Jurkat T淋巴細(xì)胞的DNA中，這種白細(xì)胞是維持人體健康的免疫系統(tǒng)的一部分。當(dāng)這些基因片段被激活或“啟動(dòng)”時(shí)就會(huì)發(fā)出綠色熒光，使研究人員能夠確切觀察到整個(gè)人類基因組中基因激活的情況。

“我們的研究支持了‘bursting’假說(shuō)，我們觀察到的基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)有點(diǎn)像閃光燈”文章第一作者Roy Dar博士說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)，基因bursting的頻率會(huì)逐漸增大直到達(dá)到特定閾值，此時(shí)蛋白水平已經(jīng)較高且不再需要更多的蛋白，蛋白合成過(guò)程會(huì)就此中止。這一研究成果是一個(gè)巨大的進(jìn)步，能幫助人們深入了解基因調(diào)控背后的基礎(chǔ)分子機(jī)制。”

“Weinberger博士及其同事為我們展示了一個(gè)掌管基因組所有基因行為的簡(jiǎn)單規(guī)則。近來(lái)在其他生物中也有類似發(fā)現(xiàn)，而這項(xiàng)研究是一個(gè)很有力的補(bǔ)充，”賓州大學(xué)生物工程助理教授，細(xì)胞內(nèi)單分子成像專家Arjun Raj博士評(píng)論道。

研究顯示基因組主要以這種burst方式合成蛋白，研究人員相信這一發(fā)現(xiàn)能夠?yàn)榛騿?dòng)故障相關(guān)疾病的研究提供新線索。例如在某些癌癥中，基因啟動(dòng)的時(shí)機(jī)錯(cuò)誤最終導(dǎo)致了腫瘤形成。