新机制描述基因组如何自我调节

生物体的基因组包含其每个细胞和组织正常发育和运作所需的所有信息。用DNA编写的每个基因都编码某种东西，无论是帮助定义组织形状的结构蛋白，催化生命化学反应的酶，还是细胞用于交流的信号蛋白。

就像调光器一样，每个基因都可以强弱打开(表达)，也可以完全关闭。单个细胞具有不同的基因表达谱，这使其具有不同的功能，使它们成为不同组织的一部分。例如，免疫细胞表达允许其识别有害入侵者的蛋白质，而神经元表达使其能够将神经信号传递给其邻居的蛋白质。

因此，细胞抑制基因，使其保持沉默的能力至关重要。在细胞中，DNA紧紧缠绕在由蛋白质制成的线轴上，就像缠绕在梭芯上的线一样，这种结合的DNA-蛋白质结构称为染色质。不同的基因具有不同的染色质结构，这些结构在调节其表达中起重要作用。如何鉴定需要沉默的基因并将其包装在抑制性染色质结构中的方法尚未广为人知。现在，加州理工学院的生物学家已经表征了细胞可以用来沉默其自身基因的分子机制。

这项研究是生物学教授Alexei Aravin与研究教授Katalin Fejes Toth的实验室之间的合作。在“ 分子细胞 ”杂志上发表的两篇新论文中对它进行了描述。

第一篇论文探讨了细胞如何使转座子沉默，这些转基因是寄生的遗传元件，如果不受严格控制，它们可以从基因组中的一个位置跳到另一个位置，并导致其他基因发生突变，同时增加自身数量。众所周知，称为piRNA的核酸分子能够识别和抑制有害的转座子，但如何实现尚不清楚。在这项新研究中，作者报告说piRNA与称为SUMO(小泛素样蛋白)的小蛋白协同工作，该蛋白作为与其他蛋白连接的标签起作用。piRNA和SUMO协同修饰这些自私转座子上的染色质并抑制它们。

第二篇论文重点讨论了SUMO和染色质在正常细胞基因控制中的作用。大致上有两种主要的染色质：异染色质和常染色质。常染色质包含基因组中最活跃表达的基因，而据信异染色质中的基因倾向于沉默。这项新的研究打破了现有的范式，表明存在于异染色质中的基因是由于它们的染色质环境而不是尽管如此而表达的。

“我们现在知道SUMO可以作为沉默标记来抑制转座子，否则转座子会干扰异染色质基因的正确表达。这是SUMO的意外功能，”两项新研究的第一作者，博士后学者Maria Ninova说。

加州理工学院的研究人员还发现，异染色质将基因表达限制在特定组织中，并确定了一种新的机制，使细胞能够维持异染色质与常染色质之间的适当平衡。

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