一項發(fā)表在《細胞》雜志上的研究發(fā)現了能幫助細胞保持其身份的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，標志著(zhù)表觀(guān)遺傳學(xué)及其對生物健康的影響領(lǐng)域邁出了重要一步。

表觀(guān)遺傳學(xué)是一門(mén)研究在不改變DNA序列的情況下，基因如何被激活或關(guān)閉的學(xué)科。表觀(guān)遺傳繼承過(guò)程的核心是DNA和被稱(chēng)為組蛋白的蛋白質(zhì)上的化學(xué)標簽，這些標簽有助于管理基因的活性。在細胞分裂時(shí)，這些標簽需要被精確地傳遞，以確保新細胞與其母細胞保持相同的功能。

由哥本哈根大學(xué)的Genevieve Thon教授和Anja Groth教授領(lǐng)導的研究發(fā)現，Mrc1蛋白在這一遺傳過(guò)程中至關(guān)重要。細胞分裂過(guò)程中，Mrc1確保攜帶這些化學(xué)標簽的組蛋白能均勻地分布到DNA的兩個(gè)新拷貝中，從而維持細胞的身份和功能。

“我在生物系攻讀博士學(xué)位期間，我們就知道這個(gè)蛋白質(zhì)對于維持細胞中的異染色質(zhì)狀態(tài)非常重要。我們對它的作用機制有了大致的了解，但盡管有實(shí)驗數據，我們實(shí)驗室當時(shí)還缺乏在分子水平上驗證這一機制的工具。”現任諾和諾德基金會(huì )蛋白質(zhì)研究中心（CPR）博士后的Sebastian Charlton說(shuō)道，他是這項研究的共同第一作者之一。

為了獲得這些工具，Charlton博士與同在CPR的助理教授Valentin Flury以及來(lái)自各個(gè)研究所的其他研究人員展開(kāi)了合作。他們的合作不僅證實(shí)了最初的假設，還揭示了Mrc1的一個(gè)令人驚訝的雙重角色。

當DNA在細胞分裂過(guò)程中復制時(shí)，組蛋白及其化學(xué)標簽必須正確地轉移到新的子代DNA鏈上，以確保這些信息能夠遺傳到子代細胞中。研究發(fā)現，Mrc1是這一表觀(guān)遺傳繼承過(guò)程中至關(guān)重要的調控者，它通過(guò)結合組蛋白以及與另一種蛋白質(zhì)Mcm2共同作用，控制組蛋白向兩條新生DNA鏈的傳遞。這一機制幫助細胞“記住”哪些基因應被激活或關(guān)閉。

某些基因的沉默機制受到影響

實(shí)驗顯示，Mrc1的突變會(huì )干擾組蛋白的正常傳遞，導致關(guān)鍵表觀(guān)遺傳信息的喪失，進(jìn)而影響細胞的身份。當Mrc1發(fā)生突變時(shí)，某些基因的沉默機制會(huì )被破壞，這進(jìn)一步證明組蛋白在攜帶和傳遞表觀(guān)遺傳信息中的重要性。

這一發(fā)現具有廣泛的意義，因為維持表觀(guān)遺傳景觀(guān)的穩定對于身體所有細胞的正常功能至關(guān)重要。如果這一過(guò)程出現問(wèn)題，可能會(huì )加速生物體衰老過(guò)程中表觀(guān)遺傳景觀(guān)的退化。

“我認為我們目前還無(wú)法完全預估這一發(fā)現的潛在影響，但我們揭示了一種維持細胞身份的基本機制。如果這一機制能夠被操控，可能會(huì )對未來(lái)的生命科學(xué)研究產(chǎn)生深遠影響。”Valentin Flury總結道。

雜志：Cell

DOI：10.1016/j.cell.2024.07.017