南方医科大颜光玗教授Nature揭示基因表达调控机制

由来自法国巴黎-萨克雷大学、中国南方医科大学、美国宾夕法尼亚州立大学等机构的科学家组成的一个国际研究小组，揭示出了一些特殊的酶重塑细胞核中极其凝缩的遗传物质，由此控制哪些基因获得利用的机制。这一研究发现发布在1月27日的《自然》（Nature）杂志上。

中国南方医科大学的颜光玗(Kuangyu Yen)教授，法国巴黎-萨克雷大学的Matthieu Gérard，以及宾夕法尼亚州立大学的B. Franklin Pugh教授是这篇论文的共同通讯作者。颜光玗教授于2014年8月进入南方医科大学基础医学院细胞生物学教研室斑马鱼重点实验室工作。研究兴趣在于探讨染色质重塑子（CRs）如何通过调控核小体来影响癌症的发展，核小体组织结构的缺陷会导致癌症和发育缺陷等疾病。

众所周知，核小体是由DNA缠绕着蛋白质构成，串珠状的核小体进一步通过高度反复盘旋折叠，由此遗传物质折叠压缩成为了称作为染色质的结构。Pugh说：“我们知道，压缩成染色质使得实现基因表达必需的细胞机器无法接近一些基因，我们还知道一些酶打开了染色质指定了可接近及在细胞中表达的基因。然而直到现在，我们仍不清楚这些酶发挥功能的机制。”

研究人员首先绘制出了小鼠胚胎干细胞全基因中几个“染色质重塑酶”的定位。这一绘图显示，这些重塑酶结合了微球菌核酸酶(MNase)定义的无核小体启动子区域(NFRs)侧翼的一个或全部的核小体。

随后研究人员通过逐个减少胚胎干细胞中这些染色质重塑酶的数量测试了它们对基因表达的影响。科学家们发现，一些染色质重塑酶促进了基因表达，一些抑制了基因表达，另一些则既可以促进又可以抑制基因表达。

Pugh 说：“基因正确地表达是在胚胎发育过程与成年生活中定义不同细胞类型身份和功能的必要条件。染色质重塑酶通过允许或阻止接近基因起始处关键的DNA片段，帮助了每种细胞类型精确地表达一组正确的基因。”

基因表达及其调控过程是分子生物学的核心问题，是现代生命科学研究的重点和热点问题之一。2015年5月，研究人员在美国国立卫生研究院基因型-组织表达（GTEx）项目的资金资助下，构建出了一个万众期待的新数据资源，它可以帮助确立个体基因组构成之间的差异对于基因活性的影响以及对疾病的贡献。借助于这一新资源，科学家们可以同时探究许多不同人类组织和细胞的潜在基因组学，并有望为研究和了解人类生物学开辟新途径。这一重大的成果以三篇论文形式发表在Science杂志上（延伸阅读：3篇Science文章：大规模人类基因表达差异图谱 ）。

2015年8月，来自维也纳大学和维也纳医科大学Max F. Perutz实验室的研究人员破译了核孔利用“翻译器”（interpreters）来直接影响基因表达的一个机制。这些研究结果发布在《细胞》（Cell）杂志上（延伸阅读：Cell揭示基因表达调控新机制 ）。

过去人们普遍认为，随机分子过程（被称为随机噪音）是造成上述差异的主要原因。数十年来，这一观点得到了大量实验和理论模型的支持。2015年12月，苏黎世大学的一项重大发现对这一理论提出了挑战。这项发表在Cell杂志上的研究指出，人类细胞中细胞核与细胞质的空间分隔，形成了某种被动过滤器。这种过滤器抑制了随机噪音，使人类细胞能够精确调控单个基因的活性（延伸阅读：Cell重大发现：基因表达其实没那么随便 ）。