维持细胞身份的机制基于容纳DNA的蛋白质的状态

一项新的研究发现，不仅是DNA的遗传，而且是包装DNA的蛋白质的遗传，在细胞繁殖时也能保持其身份。

在纽约大学医学院的研究人员的带领下，这项研究揭示了每个细胞将其身份传递给下一代细胞的过程，因为它在发育过程中一分为二。研究人员说，所有细胞都具有相同的，完整的DNA集，但是每个细胞都经过编程以激活或沉默某些基因，从而确定它们是否变为例如心脏细胞而不是肠细胞。

新研究于10月31日在线发表在Cell上，这项新研究证实了保持细胞身份的机制是基于DNA的包装方式。有了细胞核，分子DNA链就被包裹在称为核小体的重复单元中的称为组蛋白的蛋白质组周围，所有这些都位于称为染色质的较大超结构中。

此外，已知组蛋白的“尾巴”延伸到该包裹的外部，使其可用于化学变化，从而确定染色质区域是“开放的”，DNA可以进入还是紧密压缩，其中存在的基因沉默了。目前的研究作者设计了一种方法，该方法可跟踪对核小体中组蛋白的化学修饰是否准确地从亲本细胞传递到分裂后形成的两个细胞中的相同DNA区域。

根据我们的新方法，实验表明，在关键位置基于组蛋白修饰的紧实是细胞遗传的基本特征，并且传递了相关的沉默以防止基因在错误的背景下表达。”

研究团队开发了一个系统，在该系统中，可以将“旧的”核小体(位于整个亲本细胞的DNA中的那些)标记，然后再复制DNA作为细胞分裂的先决条件。

然后研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的特异性将一种称为生物素的分子附着-但仅附着在他们选择的单个基因内存在的那些核小体上。这反过来又让它们遵循这些标记的核小体的命运，这些基因已知是在细胞复制其DNA时在开放或沉默染色质中出现的基因。

新方法表明，只有沉默，致密染色质的核小体才被遗传?最终与新复制的DNA在亲本DNA中的位置相同。开放染色质的核小体没有遗传，而是广泛分布在整个新复制的染色质中。

根据他们的实验，作者认为对组蛋白的化学修饰可促进染色质的紧缩，被继承为保留细胞身份的基本特性。另一方面，开放染色质不依赖于这种“位置遗传”，因为它的DNA可以根据需要被直接与DNA相互作用的调节蛋白激活。

此外，研究团队发现，只有在紧密的沉默染色质中，负责化学修饰组蛋白尾巴的蛋白质才能识别(“读”)亲本核小体中的修饰，然后在新形成的核小体上复制(“写”)它们。

这项研究还表明，沉默的染色质中形成核小体的组蛋白可能被新型伴侣蛋白护送到复制DNA的适当位置，研究人员目前正在寻找这种蛋白。

资深研究作者丹尼·赖恩伯格(Danny Reinberg)博士说：“通过基因抑制，组蛋白修饰可能显示出可遗传的基因调控系统，而这种基因调控系统不存在于细菌等更多原始细胞中，可能在人类细胞的更大复杂性中发挥作用。” Terry和Mel Karmazin，纽约大学朗格健康学院生物化学和分子药理学教授。“与此同时，在某些情况下，癌症是由于这种非常复杂的现象而产生的-由于由于组蛋白化学修饰的丧失而随机失去致密性的细胞会看到通常沉默的基因变得活跃。”

霍华德·休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究人员莱因伯格说：“通过这种方式，癌细胞可以克服各种治疗方法或限制其生长，我们希望当前的工作将为阻止这种情况提出新的方法。

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