我們身體里的每個細(xì)胞都擁有完全相同的DNA，然而每個細(xì)胞都各不相同。細(xì)胞的身份是由它所激活的一組基因所決定。但細(xì)胞是如何知道開啟以及關(guān)閉哪些基因的呢？盡管我們DNA中攜帶的遺傳密碼為細(xì)胞提供了生成特異蛋白質(zhì)的指令，決定特定細(xì)胞類型中實(shí)際激活基因的卻是第二密碼。

這種第二密碼是由附著在DNA上的蛋白質(zhì)所攜帶。攜帶密碼的蛋白質(zhì)被稱作為組蛋白。現(xiàn)在，來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室（CSHL）的研究人員和同事們發(fā)布了一項(xiàng)新研究，揭示出了組蛋白密碼的復(fù)雜新層面。他們發(fā)現(xiàn)單個組蛋白發(fā)生極微小的變異也會對我們DNA中編碼基因的使用產(chǎn)生顯著的影響。

組蛋白極其的重要，因?yàn)槲覀兊倪z傳物質(zhì)非常巨大：身體內(nèi)的每個細(xì)胞都將超過六英尺DNA包裹在微小細(xì)胞核——我們的肉眼都無法看見的小空間中。要將如此大量的DNA壓縮到微小空間中，DNA必須要緊密地纏繞線軸樣的組蛋白八聚體上，每個這樣的線軸都是由8個組蛋白所構(gòu)成。每個細(xì)胞中有數(shù)百萬個這樣的線軸捆綁著整個基因組。

組蛋白可被標(biāo)記上諸如甲基一類的化學(xué)標(biāo)簽。組蛋白密碼是由整個基因組這樣的標(biāo)記所形成的模式所構(gòu)成。這些標(biāo)記有時候被稱作為表觀遺傳標(biāo)記。“第二”密碼是由提供指令導(dǎo)致細(xì)胞開啟或關(guān)閉特異基因的標(biāo)記物所組成。

組蛋白可分為許多的類型，它們的結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變異會導(dǎo)致它們執(zhí)行不同的專門功能?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種稱作為H3的組蛋白可分為兩種亞型：H3.1和H3.3。這些變體存在于基因組中非常不同的位置：H3.1只存在于基因未激活的基因組區(qū)域；而H3.3則只存在于基因激活的地方?？茖W(xué)家們一直想知道為什么兩種變體會與基因差異性的結(jié)合——H3.1結(jié)合失活基因，而H3.3結(jié)合活化基因。

在發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志上的一篇新文章中，由冷泉港實(shí)驗(yàn)室教授、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員Robert Martienssen以及渥太華大學(xué)的Jean-François Couture教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組宣稱他們揭開了這個秘密，探索了植物基因組一些獨(dú)特的方面。他們發(fā)現(xiàn)，H3.3組蛋白結(jié)構(gòu)中的單個氨基酸變異使得它作為細(xì)胞的一種記憶裝置，標(biāo)記了需要保持活性的基因。

Martienssen、Couture以及論文的主要作者、冷泉港實(shí)驗(yàn)室博士后研究人員Yannick Jacob證實(shí)，關(guān)鍵在于單個的表觀遺傳修飾。該研究小組與來自紐約大學(xué)的Danny Reinberg教授合作，發(fā)現(xiàn)H3.1可以被修飾帶上一種甲基化標(biāo)記，而H3.3則不能。這種化學(xué)修飾就像一個旗幟一樣，向細(xì)胞發(fā)送信號示意鄰近的基因應(yīng)該失活或沉默。“我們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了，組蛋白H3變體之間微小的結(jié)構(gòu)差異會對整個表觀遺傳景觀造成顯著的影響，”Couture說。

在細(xì)胞分裂前、細(xì)胞復(fù)制它的遺傳物質(zhì)之時，這種差異尤為重要。當(dāng)細(xì)胞復(fù)制它的DNA時，它也必須保留劃定基因組活化和失活區(qū)域的一些表觀遺傳標(biāo)記。事實(shí)上，將甲基化標(biāo)記放置在H3.1上的沉默機(jī)器是與復(fù)制機(jī)器串聯(lián)在一起運(yùn)作。“由于H3.3無法攜帶這種修飾，它存在于活化基因上使得它們逃避沉默。在我們的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞保護(hù)活化基因避免沉默，連續(xù)跨代保留這些記憶的一種方式。”

這一研究也暗示了遺傳物質(zhì)的復(fù)制機(jī)制。“我們發(fā)現(xiàn)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都受到相同的高度保守的組蛋白調(diào)控。因此，是我們的染色體調(diào)控了這些最基本的遺傳物質(zhì)特性，”Martienssen說。