康奈爾大學(xué)的研究人員通過對酵母的研究發(fā)現(xiàn)了一種控制基因的關(guān)鍵機(jī)制，酵母是一種生產(chǎn)啤酒和面包所必需的簡單有機(jī)體。
基因轉(zhuǎn)錄是人類細(xì)胞讀取DNA中編碼的遺傳信息的復(fù)雜過程，以前認(rèn)為只有當(dāng)特定的調(diào)節(jié)因子進(jìn)入特定的 DNA 序列時(shí)才會被激活。根據(jù)最近發(fā)表在《基因與發(fā)展》雜志上的一項(xiàng)研究，康奈爾大學(xué)的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些基因已經(jīng)有了它們的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和輔助因子，但它們處于潛伏狀態(tài)。當(dāng)適當(dāng)?shù)男盘柕竭_(dá)時(shí)，這些“蓄勢待發(fā)”的基因會變得高度活躍。
研究人員使用 CRISPR 技術(shù)刪除酵母轉(zhuǎn)錄機(jī)制的元件，以全面研究它們在基因調(diào)控中的作用。由于酵母和人類使用相同的分子機(jī)制來控制其基因，因此酵母是了解人類基因調(diào)控的絕佳模型。
“這就像 Jenga 游戲，你從積木塔中取出一塊木塊，看看整個東西是否會倒塌。這就是我們了解蛋白質(zhì)機(jī)器如何在細(xì)胞內(nèi)工作的方式，”藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院大費(fèi)城分子生物學(xué)和遺傳學(xué)教授 B. Franklin Pugh '83 說。
研究人員根據(jù)它們的調(diào)控方式確定了兩類酵母基因。第一組也是最大的一組提供基本的管家功能，允許細(xì)胞生存和生長。這些基因總是在非常低的水平上“開啟”，因?yàn)檗D(zhuǎn)錄機(jī)制很難找到通往每個基因的路徑。
第二類，“誘導(dǎo)型”基因，在附近組裝了一整套蛋白質(zhì)。當(dāng)被環(huán)境信號觸發(fā)時(shí)，這種泰然自若的隨行人員為轉(zhuǎn)錄機(jī)器提供了指導(dǎo)之手。這導(dǎo)致高水平的誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄。
“泰然自若的價(jià)值在于某些基因，如環(huán)境反應(yīng)基因，可以快速響應(yīng)不斷變化的環(huán)境;例如，當(dāng)酵母遇到并代謝面包糖時(shí)，會導(dǎo)致面包面團(tuán)膨脹，”Pugh 說。進(jìn)食時(shí)，人體細(xì)胞也會發(fā)生類似的代謝過程。
Pugh 從事基因調(diào)控研究已有 30 多年。作為康奈爾大學(xué)的一名學(xué)生，我們的基因是如何被調(diào)控的——這對生物學(xué)如此重要卻又如此未知——讓他著迷，他一生都在努力理解它。
“通過這篇論文，我們終于找到了核心問題，即這些感知環(huán)境的基因特異性轉(zhuǎn)錄因子如何招募核心轉(zhuǎn)錄機(jī)制，”他說。“我們無法完全回答本文中的問題，但我們對這個過程的運(yùn)作方式有了深入的了解。”
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