Science:揭示胞嘧啶甲基化調節人轉錄因子的DNA結合特異性機制

2020-12-01 生物谷

2017年5月6日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自瑞典卡羅琳斯卡研究所的研究人員繪製出人細胞中的不同DNA結合蛋白如何對DNA分子的某些生化修飾作出反應。他們報導一些主調節蛋白能夠激活基因組中在正常情形下因表觀遺傳變化而沒有活性的區域。他們的發現有助更好地理解基因調節、胚胎發育和導致癌症等疾病的過程。相關研究結果發表在2017年5月5日的Science期刊上，論文標題為「Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors」。

DNA分子以由四種鹼基組成的核苷酸序列的形式攜帶著遺傳信息。這四種鹼基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），能夠被認為基因組語言中的字母。較短的核苷酸序列形成確定體內的蛋白在何時和何處產生的DNA片段。

人體中幾乎所有的細胞以非常相同的順序含有相同的DNA序列。然而，不同的基因在不同的細胞類型中具有不同的活性，這允許這些細胞發揮著特定的功能。這種基因調節的關鍵在於特定的DNA結合蛋白，即結合到DNA序列上激活或抑制基因活性的轉錄因子。

DNA字母C存在兩種形式：胞嘧啶（C）和甲基胞嘧啶（Ç），它們能夠被認為是同一種字母（或者說鹼基），差別在於前者沒有重音符號，而後者具有重音符號，即Ç。DNA鹼基甲基化是一種表觀遺傳修飾，即基因組中存在的一種生化變化，但這種變化不會改變DNA序列。字母C的這兩種形式並不對基因表達的蛋白產生影響，但是它們能夠對在何時和何處表達這些蛋白產生重大的影響。之前的研究已證實字母C發生甲基化的基因組區域經常是沒有活性的，而且很多轉錄因子不能夠結合到這種含有甲基化的Ç的序列上。

通過分析上百種不同的人轉錄因子，這些研究人員如今發現某些轉錄因子實際上偏好這種甲基化的Ç。它們其中就包括在胚胎發育中起著重要作用的轉錄因子，以及在前列腺癌和結直腸癌產生中發揮著重要作用的轉錄因子。

論文通信作者、卡羅琳斯卡研究所醫學生物化學與生物物理學系研究員Jussi Taipale教授說，「這些結果提示著這些『主』調節因子能夠激活基因組中在正常情形下沒有活性的區域，從而導致發育期間器官形成或者促進細胞中導致癌症等疾病的病理變化。」

這些結果為破解控制基因表達的遺傳密碼鋪平道路，並且將對理解發育和疾病產生廣泛的影響。對與疾病相關的基因組信息正以指數級增加的速率在獲得。

Taipale教授說，「這項研究鑑定出DNA結構受到的這種表觀遺傳修飾如何影響轉錄因子的結合，這會增加我們對細胞中基因如何受到調節的理解，並且它進一步有助我們破譯寫到DNA中的語法。」（生物谷 Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎個人轉發，網站轉載請註明來源「生物谷」，商業授權請聯繫我們 。更多資訊請下載 生物谷 app.原始出處：Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Arttu Jolma et al. Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors. Science, 05 May 2017,356(6337), doi:10.1126/science.aaj2239Timothy R. Hughes, Samuel A. Lambert. Transcription factors read epigenetics. Science, 05 May 2017,356(6337):489-490, doi:10.1126/science.aan2927

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