破解60年未解科學謎題 DNA復制時序維持細胞表觀遺傳狀態

近日發表在《科學》雜志上的一項研究稱，美國佛羅里達州立大學大衛·吉爾伯特博士帶領的研究團隊回答了一個60年未解的科學謎題：DNA的復制時間維持著人類細胞中全局的表觀遺傳狀態。

在過去60年里，科學家已經能夠觀察到遺傳信息的復制方式和時間，并確定了“復制時序程序”的存在，該程序控制著DNA片段的復制時間和順序，但仍無法解釋為什么會有這樣一個特定的程序存在。

吉爾伯特博士解釋說，他們假設細胞不只復制DNA，還會復制所有讀取DNA的調控分子。復制時序程序和過程背后可能是因為“大自然不會浪費這個控制DNA讀取方式的機會”。“復制時間為細胞提供了一個理想的時機，它可以選擇是保留所有的調控分子，繼續對DNA中的信息進行相同的功能解釋，還是改變它們以激發新的功能。”

研究團隊以往曾發現，每種類型的細胞都有一個獨特的復制時序程序，而且患病的細胞在該程序中有明顯的變化。此次，他們研究了復制時序程序的變化如何影響DNA及其調控分子(統稱為表觀基因組)的折疊。

他們發現一種名為Rif1的蛋白質有助于調節DNA的復制。在去除Rif1蛋白后，復制程序嚴重受損，此時不同細胞中的所有染色體片段會在不同的時間進行復制。在沒有Rif1蛋白的情況下，如果阻止細胞復制DNA，它們的表觀基因組會維持正常。然而，一旦DNA開始復制，與DNA相關的調控分子就被錯誤地結合，并隨著每一輪DNA復制而惡化。最終，染色體的三維折疊也發生了改變。

吉爾伯特博士認為，當表觀基因組由于復制時序程序的改變而被破壞時，細胞可能無法執行其正常功能，或執行一些不適當的功能，這可能對人體健康產生很大負面影響。

“此前我們已經證明，復制時序程序在許多疾病中都會發生改變。”吉爾伯特博士說，最新實驗室證實了時序程序的特定改變，在統計學上與兒童白血病以及早衰等疾病的不良預后有關。因此，復制時序程序為我們識別疾病狀態提供了一種全新的分子途徑和生物標記，幫助患者更早地診斷和更準確地預后。

總編輯圈點：

為什么細胞會“在意”它們復制DNA的順序?現在科學家告訴你，這個順序可意味著太多了。對人體來說，可能最重要的就是健康與患病細胞的復制時間順序是大不相同的，因此可以為未來的疾病治療提供寶貴信息。此外，這一結果對干細胞科研和干細胞的治療應用領域都至關重要——科學家可以使用人類干細胞來測試復制時間的中斷是如何影響這些細胞發展為肝細胞、心臟細胞和神經元的。(張佳欣)