2013年8月7日 訊 /生物谷BIOON/ --通過在酵母中研究基因功能，近日，來自賓州州立大學（Penn State University)等處的研究者通過研究發現，組蛋白的修飾可以控制是否一個基因被允許發揮功能，這對於維持基因的表達潛力非常重要，以便來確定未來細胞的行為；相關研究刊登於國際著名雜誌PNAS上。
研究者Bai表示，基因表達是任何生物活性細胞最重要的一個基礎環節，基因表達的不同程序，甚至是擁有同樣DNA的細胞，其都會表現出不同的細胞行為和功能；比如人類肌肉細胞和神經細胞擁有同樣的DNA，但是其行為和功能並不一樣；基因表達的錯誤調節會影響細胞的適合度並且引發疾病；基因表達趨於在細胞間表現出不同，錯誤調節是在一小類細胞中發生的，而且這些細胞隨後也會發病，因此在單一細胞水平上研究基因調節至關重要。
研究者使用細胞分裂的螢光錄影技術，就可以觀察到一種名為HO的基因在單一酵母細胞中如何進行表達，正常情況下，HO的表達會使得芽殖酵母變性，即從雄性變成雌性；而更有意思的是這種性轉變僅僅是在母體細胞中發生的。研究者發現，HO基因在98%的母體細胞中表達，同時也在3%的子代細胞中表達。
研究者當前發現的問題是，為何在2%的母體細胞及3%的子代細胞中，HO基因的表達調節是失敗的，最終研究者發現問題出在組蛋白上，組蛋白是一種攜帶有DNA的蛋白複合體，組蛋白結構的改變可以影響部分細胞的功能，進而使得HO基因出現錯誤表達；如果HO基因在單一細胞中開啟，其很有可能在該細胞的後代細胞中也被開啟表達，而HO基因表達的這種短期記憶可以通過組蛋白修飾來完成。
後期研究中，研究者希望繼續深入剖析基因表達，尤其是在單一細胞水平上來研究基因表達，這對於理解人類疾病的發展及致病機理非常重要。相關研究由NIH等機構提供資助。（生物谷Bioon.com）
Stochastic expression and epigenetic memory at the yeast HO promoter
Qian Zhanga,b, Youngdae Yoona,b, Yaxin Yuc, Emily J. Parnellc, Juan Antonio Raygoza Garayd, Michael M. Mwangib,d, Frederick R. Crosse, David J. Stillmanc, and Lu Baia,b,f,1
Eukaryotic gene regulation usually involves sequence-specific transcription factors and sequence-nonspecific cofactors. A large effort has been made to understand how these factors affect the average gene expression level among a population. However, little is known about how they regulate gene expression in individual cells. In this work, we address this question by mutating multiple factors in the regulatory pathway of the yeast HO promoter (HOpr) and probing the corresponding promoter activity in single cells using time-lapse fluorescence microscopy. We show that the HOpr fires in an 「on/off」 fashion in WT cells as well as in different genetic backgrounds. Many chromatin-related cofactors that affect the average level of HO expression do not actually affect the firing amplitude of the HOpr; instead, they affect the firing frequency among individual cell cycles. With certain mutations, the bimodal expression exhibits short-term epigenetic memory across the mitotic boundary. This memory is propagated in 「cis」 and reflects enhanced activator binding after a previous 「on」 cycle. We present evidence that the memory results from slow turnover of the histone acetylation marks.