以華盛頓大學(xué)圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）為主的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種在一個(gè)主要基因沉默（turn-off）過(guò)程中起關(guān)鍵作用的蛋白：HDA6,，這個(gè)蛋白因子可以關(guān)閉擬南芥中成千上萬(wàn)個(gè)相似基因,。這一研究成果公布在Genes and Development雜志5月15號(hào)封面,。
華盛頓大學(xué)生物系的教授Craig Pikaard是研究核仁顯性（nucleolar dominance）現(xiàn)象的科學(xué)家,，核仁顯性是一種表觀遺傳現(xiàn)象（指基因表達(dá)發(fā)生改變但不涉及DNA序列的變化），可以由DNA甲基化之外的組蛋白編碼的改變引起,。在這種現(xiàn)象中一套親代遺傳給雜合體子代的核糖體基因遭受沉默,。Craig Pikaard和他的同事證實(shí)了HDA6蛋白在這種基因沉默中起了重要作用,。利用實(shí)驗(yàn)植物擬南芥,，他們指出HDA6位于擬南芥細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi),，并且得到了HDA6的圖像和它的生物化學(xué)特點(diǎn)，說(shuō)明了其幫助發(fā)生基因沉默的兩個(gè)細(xì)胞活性,。
根據(jù)Pikaard的說(shuō)法,，包裹DNA的組蛋白的乙酰基被移除會(huì)導(dǎo)致基因被關(guān)閉,，構(gòu)成DNA的四種堿基之一的胞嘧啶發(fā)生了化學(xué)修飾,，這種乙酰基的去修飾作用叫做脫乙酰作用,。Pikaard等人發(fā)現(xiàn)在擬南芥中曾被預(yù)言存在的眾多乙?；D(zhuǎn)移酶中的一種——HDA6，在組氨酸脫乙酰作用和編碼核糖RNA基因的DNA甲基化中起著重要作用,。研究這兩種修飾作用是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的范疇,，可以幫助理解DNA是怎樣包裝和DNA與它的關(guān)聯(lián)蛋白是怎樣影響基因表達(dá)的。
在植物和動(dòng)物中,，一些表觀特性能在細(xì)胞分裂中遺傳,，甚至能遺傳給下一代。 Pikaard解釋說(shuō),，理解一些基因是怎樣被選擇性地沉默和這些沉默等位基因是怎樣在將來(lái)某一天重新開(kāi)啟具有實(shí)際裨益,。例如，在癌細(xì)胞中,，防止細(xì)胞無(wú)節(jié)制分裂的腫瘤抑制基因經(jīng)常是通過(guò)DNA的甲基化和組蛋白的修飾作用被沉默,，從而導(dǎo)致了腫瘤的生長(zhǎng)。由于成年人中一些缺陷基因的表達(dá)導(dǎo)致某種血液紊亂疾病,，這些基因只在發(fā)育早期表達(dá),，成年后被沉默。因此在成年體中重新開(kāi)啟這些基因可能會(huì)減輕這種血液紊亂的病癥,。雖然目前來(lái)說(shuō)這只是個(gè)夢(mèng)想,，但這一類想法已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)增加了一些興奮。
The big turn-off
許多年以來(lái),，生物學(xué)家認(rèn)為核仁顯性現(xiàn)象中的基因沉默是一套核糖體RNA基因被選擇性開(kāi)啟的結(jié)果,。但在1997年，Pikaard和他的同事們發(fā)現(xiàn)他們可以通過(guò)抑制DNA甲基化或者組蛋白脫乙酰作用的化學(xué)試劑處理,，使得基因得以開(kāi)啟,，證明一套來(lái)自父本的核糖體基因的關(guān)閉正是核仁顯性現(xiàn)象的奧秘所在。換而言之,，在表達(dá)所需的一切因素都具備的條件下,，不知為什么沉默的基因能選擇避開(kāi)這一切,？從那時(shí)開(kāi)始，Pikaard和他的同事們努力尋求負(fù)責(zé)使沉默基因處于關(guān)閉狀態(tài)的蛋白,。
在Genes and Development的這篇文章中,，Pikaard和其他研究人員為了檢驗(yàn)基因組中16種已經(jīng)被預(yù)言的乙酰基轉(zhuǎn)移酶是否在核仁顯性現(xiàn)象中起重要作用,，構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因雜合體,。在這些雜合體中，乙?；D(zhuǎn)移酶基因一個(gè)一個(gè)的被敲除,，然后檢查這些對(duì)核仁顯性現(xiàn)象的影響。在這個(gè)過(guò)程中,，他們發(fā)現(xiàn)HDA6的敲除可以消除核仁顯性現(xiàn)象,，也就意味著一些正常狀態(tài)下沉默的基因被開(kāi)啟了。
為了找出HDA6在細(xì)胞中的位置,，研究小組利用遺傳工程構(gòu)建了一個(gè)帶熒光標(biāo)記的HDA6蛋白,，在顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)許多HDA6出現(xiàn)在核仁內(nèi),，并且正好是核糖體RNA基因被調(diào)控和核仁顯性現(xiàn)象發(fā)生的位置,。“我們?cè)?lsquo;犯罪現(xiàn)場(chǎng)’發(fā)現(xiàn)了HDA6，這一證據(jù)是可靠的”,，Pikaard形象的比喻,。
該小組中的博士生Keith Earley通過(guò)描繪HDA6的生物化學(xué)特性，證明了它其實(shí)是一種組氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶,，并且它可以移除幾種不同的組蛋白的乙酰基,。該研究的合作者,，來(lái)自華盛頓大學(xué)化學(xué)系的教授Michael Gross博士是質(zhì)譜分析專家，他幫助說(shuō)明了HDA6能移除的乙?；臏?zhǔn)確位置,，和過(guò)程中包含的氨基酸的加乙酰基作用,。
“該研究的概要是HDA6具有廣泛的特異性,，它可以移除組蛋白上的組氨酸和賴氨酸的乙酰基,。” 當(dāng)許多乙?；诮M蛋白上存在時(shí)，基因被開(kāi)啟,，Pikaard解釋說(shuō),。當(dāng)它們被HDA6移除后,，導(dǎo)致基因沉默。利用特異識(shí)別基因從關(guān)閉到開(kāi)啟時(shí)組蛋白進(jìn)行修飾的抗體,，研究小組證實(shí)試管中觀察到的HDA6脫乙?；饔玫奶禺愋苑匣罴?xì)胞中核糖體RNA基因發(fā)生乙酰作用后的變化現(xiàn)象。他們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)基因沉默的機(jī)制包括組蛋白的修飾和DNA甲基化,，并且HDA6在兩者中均起影響作用,。
Circular pathway to silence
“不知道為什么，這些修飾接連在一起,，” Pikaard說(shuō)，“我們知道,，它們共同工作并且HDA6是關(guān)鍵的角色,。它們通過(guò)一個(gè)循環(huán)的，自我強(qiáng)化的途徑緊密地聯(lián)結(jié)著,。每一個(gè)都特異地為其它環(huán)節(jié)的工作,。例如，在組蛋白的修飾中,，一種召集相關(guān)的酶進(jìn)行DNA甲基化的途徑發(fā)生了,。同樣，改變DNA的甲基化導(dǎo)致了組蛋白修飾的變化,。”
Pikaard最終的方向是找出是什么使得細(xì)胞決定哪一套核糖體基因沉默,。“我們更好地明白了沉默是怎樣發(fā)生的，但是我們并不知道選擇是怎樣進(jìn)行的” Pikaard說(shuō),，“ 我們想知道的另外一件事情是進(jìn)行組蛋白修飾和DNA修飾的活性是怎樣一起工作的,。在某個(gè)點(diǎn)上，不同的蛋白一定相互影響,。這將是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo),，但是能找出在這種選擇的機(jī)制．
