精密的细胞:最近的研究刷新了对基因调控的认识,新模型即将提出

基因表达的调节,打开或关闭基因,增加或减少其表达,对于在发育过程中定义细胞身份和协调细胞活动至关重要。基因调控的常见模型将细胞核想象成一个大空间,其中参与DNA转录的分子似乎随机漂浮,直到它们偶然发现它们可以结合的DNA序列或其他转录机制,换句话说,以往人们认为基因调控是随机的。

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然而,这种范式正在被颠覆,因为在过去几年中,研究人员发现,细胞实际上将其调控过程划分为不连续的无膜结构,而不是随机的碰撞。今年早些时候,怀特黑德研究所成员理查德杨和其他人的研究报告称,这种不连续的,区域化的调控是基因调控的一个至关重要的,从未被观察到的方面,这和以往的认知,即细胞大空间内随机的碰撞有着本质区别。

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发表在《细胞》杂志上的最新研究进一步探讨了这种不连续化如何协调转录调控。这就需要我们知道什么是激活域。激活域是转录因子的一部分,但是它隐藏得非常好。含有DNA转录因子的一侧与基因附近的DNA区域结合,另一端称为激活域,它将转录的过程指定在基因附近,避免不必要的转录错误。

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这项最新研究表明,激活域通过与其他转录蛋白结合,在其调节的基因附近形成液滴来完成它们的工作 。

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由于人们对转录因子结构和功能还不算太了解,我们不能通过控制转录因子来治疗疾病。基因调控的这种新理解对医学和药物发现具有重大意义,因为基因调控中的错误是许多疾病(如癌症)的关键组成部分,这种新理解可以帮助人们认识疾病是怎样影响基因调控的。

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蛋白质一般为确定的立体结构,并且只能与特定的分子结合,这就如同钥匙和锁的关系。然而,转录因子蛋白的激活域包含所谓的固有无序区域,随意缠绕成不同形状,这种特点使分子在许多点结合,形成松散连接的动态网络,这样似乎会促使其相分离。

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几十年来,在基因调控方面,人们使用锁和钥匙的生动比喻去研究生物学,它们优雅,易于可视化和模型化,但它们并不能说明整个故事,它们存在些许漏洞。

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基因调控对每个人的功能都很重要,从细胞分化到发育再到细胞维持。对基因调控的新理解具有深远而正面的影响,它可以助力人类治疗某些顽症,例如癌症,或者研发及测试药物。


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