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在正确的时间复印

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在成人人体内的所有10万亿细胞都是基因相同的,但通过激活一些基因,同时抑制他人发展成不同的细胞类型,如肌肉细胞,皮肤细胞或神经元。值得注意的是,每个专门的细胞通过记住哪些基因应该保持打开或关闭,即使在自我复制时也能保持其个体身份的记忆。这种记忆不是直接写入DNA,而是遗传的。相反,这种非遗传或“表观遗传学”的说明通常似乎包含在蛋白质中,不仅控制基因,而且控制染色体的组织方式。

Lars Jansen和他在Gulbenkian deCiência研究所(IGC)的研究小组研究了这些后生组织中心之一是如何忠实地从母亲传给子细胞的。他们的发现不仅阐明了迄今为止神秘的生物学过程,而且还提供了细胞分裂过程中的一个关键过程的洞察力,当细胞分裂出现错误时,这个过程就会导致癌症。这些发现在最新一期“发育细胞”中发表。

研究团队专注于着丝粒,每个染色体上独特的蛋白质结构,在细胞分裂过程中将其附着到细胞的骨架(细胞骨架)上,从而确保每个子细胞都能接收到一组新染色体。一个功能正常的着丝粒是至关重要的,因为这个过程的准确性的损失会导致具有错误数目的基因的细胞,这是肿瘤细胞的一个标志。

Mariana Silva是实验室的博士生,也是该研究的第一作者,他解释说:“当细胞分裂时,他们正好可以将所有基因的两个拷贝完全转移到两个细胞上。一个类似的壮举不得不取消非基因信息。但是细胞如何复制蛋白质结构呢?而且,它如何保证只有正确的份数?这个问题仍然让科学家们感到迷惑。我们专注于着丝粒,因为负责其表观遗传行为的关键蛋白是已知的。“

这种名为CENP-A的蛋白保持着丝粒的”分子记忆“,确保其遗传。 Lars和其他研究小组以前的研究表明,虽然细胞在有丝分裂之前复制了它们的DNA,但是由CENP-A蛋白引导的着丝粒复制仅在有丝分裂后发生(在称为G1的“缺口”阶段) 。什么触发了它的重复,以及如何确保准确性仍然未知。

Lars和他的团队现在证明,控制着名DNA复制过程的机制同样也是控制CENP-A的重复。包括所谓的细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdks)的这种机制像分子钟一样依次驱动细胞周期的不同步骤。当Cdks高度活跃(就在有丝分裂之前)时,DNA复制,而CENP-A的复制被抑制。相反,当它们失活时(有丝分裂后),CENP-A被复制,但是在那时DNA复制被抑制。换句话说,当DNA在午夜复制时,Cdks确保着丝粒仅在中午复制。

IGC的研究人员在设定的时间内痛苦地抑制人类和鸡细胞中的Cdk活性,来到这个优雅的模型。当这样做的时候,即使细胞处于复制DNA的中间,它们也可以欺骗细胞制造新的着丝粒。 “这就像一个有时差的单元格”,Lars Jansen说。

Lars把他们的发现放到了上下文中“我们发现的是一个非常简单,整洁的机制,即细胞将DNA复制,细胞分裂和着丝粒装配起来。通过使用相同的机器(Cdks)来进行所有这些步骤,但是以相反的方式,细胞确保通过允许每个适当的时间来产生适当数量的基因和着丝粒拷贝。保持这些关键过程及时分离可能对于避免任何一方的错误是重要的。理解表观遗传的这些一般原则对于我们理解基因是如何被调控,基因组是如何组织的以及由这些机制中的错误导致的广泛的疾病是很重要的。

这项研究是由Calouste Gulbenkian基金会(葡萄牙)资助, 科学技术基金会(葡萄牙),欧盟FP7计划和欧洲分子生物学组织(EMBO)。



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