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腾讯登录【Nature】重磅！科学家揭示了控制细胞内遗传活动的关键机制
| 导读 | 组蛋白修饰与转录调控密切相关，并参与决定细胞命运、发育和疾病的过程。最近，有研究团队发现了组蛋白第三亚基四号赖氨酸的三甲基化（H3K4me3）是怎样决定DNA在细胞内何时以及如何被读取并翻译成蛋白质。 |
今日，Nature杂志发表了一项重大新研究，揭示了一种控制细胞内遗传活动的“红绿灯”机制，这种系统可能被已经在开发中的抗癌药物靶向。研究题为“H3K4me3 regulates RNA polymerase II promoter-proximal pause-release”，描述了DNA结构的“表观遗传”变化如何作为决定是否应该读取基因的“停-行”信号。
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05780-8
基因组的“暗物质”
01
与我们的基因组成不同，表观遗传学的世界在很大程度上仍未被探索，被称为基因组的“暗物质”。最近一些新的研究回答了一个长期存在的基本问题——表观遗传蛋白质如何调节转录和基因表达过程（通过这个过程，我们的基因被读取并翻译成蛋白质）。
在这项新研究中，伦敦癌症研究所的科学家揭示了一种被称为H3K4me3的关键表观遗传信号如何决定DNA在我们细胞内何时以及如何被读取并翻译成蛋白质。
教科书式的发现
02
这项研究表明，H3K4me3就像一组红绿灯在繁忙的道路上调节汽车的流量，能够确保基因在正确的时间以受控的方式被转录和激活。了解它如何在正常细胞中发挥作用，可以为癌症的发展以及基因活性调节的破坏所起的作用提供新的线索。
20多年前，科学家已经发现，将H3K4me3(一种添加到DNA上的化学标签)放置在DNA上的酶对正常细胞发育至关重要，也与白血病、乳腺癌、肠癌和胰腺癌有关。但是，尽管进行了多年的研究，科学家们直到现在还不了解这种化学标签的作用。
研究人员称，这项新的“教科书式的发现”改变了我们对以下问题的理解：
· 表观遗传蛋白质如何帮助调节细胞发育并参与癌症
· 基因表达的过程——将DNA解码为我们身体所使用的功能蛋白质——是如何被调节的
· 阻断表观遗传蛋白如何影响正常细胞和癌细胞
H3K4me3修饰调节基因表达
03
研究人员表示，这一新的发现可能会导致一种新的癌症治疗方法，以表观遗传“红绿灯”为目标，阻止可能引发癌症的基因活动。
表观遗传学影响基因的活性或表达，而不改变潜在的遗传密码——例如，通过添加或删除化学标记或对DNA或DNA包裹的蛋白质进行修饰，称为组蛋白。化学修饰，如H3K4me3(组蛋白H3赖氨酸4的三甲基化)可以打开或关闭基因，并且经常在癌症中发生改变。
通过在实验室中使用小鼠干细胞和复杂的遗传和生化实验，研究人员发现H3K4me3修饰对于调节我们基因的表达方式和时间至关重要。研究小组发现，H3K4me3就像繁忙十字路口的红绿灯。通过调节RNA聚合酶II(一种读取和解码DNA的蛋白质复合物)的流动，H3K4me3决定了基因表达应该何时开始以及它运行的速度。
当它发出绿灯时，H3K4me3允许RNA聚合酶II沿着DNA移动，并在移动时将其转录成RNA。但是如果没有H3K4me3, RNA聚合酶II就会卡在DNA上的特定点上，造成转录的停滞和减缓。先前的研究结果表明，破坏或改变细胞中的H3K4me3水平对癌症的发展非常重要，并影响对治疗的反应。
研究意义
04
研究人员表示，新发现为表观遗传学提供了一个新理解。这是一个非常令人兴奋的癌症研究领域，但在很大程度上仍未得到充分探索。通过发现一种众所周知的表观遗传修饰如何控制基因表达，解决了一个20年的难题。由于决定细胞中H3K4me3水平的酶在癌症中经常被发现突变，研究可能对理解和治疗癌症具有意义。只有对基因和细胞如何工作，才有对可能出现的问题有了基本的了解，以创造出未来的癌症治疗方法。（转化医学网360zhyx.com）
参考资料：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05780-8
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05780-8
基因组的“暗物质”
01
与我们的基因组成不同，表观遗传学的世界在很大程度上仍未被探索，被称为基因组的“暗物质”。最近一些新的研究回答了一个长期存在的基本问题——表观遗传蛋白质如何调节转录和基因表达过程（通过这个过程，我们的基因被读取并翻译成蛋白质）。
在这项新研究中，伦敦癌症研究所的科学家揭示了一种被称为H3K4me3的关键表观遗传信号如何决定DNA在我们细胞内何时以及如何被读取并翻译成蛋白质。
教科书式的发现
02
这项研究表明，H3K4me3就像一组红绿灯在繁忙的道路上调节汽车的流量，能够确保基因在正确的时间以受控的方式被转录和激活。了解它如何在正常细胞中发挥作用，可以为癌症的发展以及基因活性调节的破坏所起的作用提供新的线索。
20多年前，科学家已经发现，将H3K4me3(一种添加到DNA上的化学标签)放置在DNA上的酶对正常细胞发育至关重要，也与白血病、乳腺癌、肠癌和胰腺癌有关。但是，尽管进行了多年的研究，科学家们直到现在还不了解这种化学标签的作用。
研究人员称，这项新的“教科书式的发现”改变了我们对以下问题的理解：
· 表观遗传蛋白质如何帮助调节细胞发育并参与癌症
· 基因表达的过程——将DNA解码为我们身体所使用的功能蛋白质——是如何被调节的
· 阻断表观遗传蛋白如何影响正常细胞和癌细胞
H3K4me3修饰调节基因表达
03
研究人员表示，这一新的发现可能会导致一种新的癌症治疗方法，以表观遗传“红绿灯”为目标，阻止可能引发癌症的基因活动。
表观遗传学影响基因的活性或表达，而不改变潜在的遗传密码——例如，通过添加或删除化学标记或对DNA或DNA包裹的蛋白质进行修饰，称为组蛋白。化学修饰，如H3K4me3(组蛋白H3赖氨酸4的三甲基化)可以打开或关闭基因，并且经常在癌症中发生改变。
通过在实验室中使用小鼠干细胞和复杂的遗传和生化实验，研究人员发现H3K4me3修饰对于调节我们基因的表达方式和时间至关重要。研究小组发现，H3K4me3就像繁忙十字路口的红绿灯。通过调节RNA聚合酶II(一种读取和解码DNA的蛋白质复合物)的流动，H3K4me3决定了基因表达应该何时开始以及它运行的速度。
当它发出绿灯时，H3K4me3允许RNA聚合酶II沿着DNA移动，并在移动时将其转录成RNA。但是如果没有H3K4me3, RNA聚合酶II就会卡在DNA上的特定点上，造成转录的停滞和减缓。先前的研究结果表明，破坏或改变细胞中的H3K4me3水平对癌症的发展非常重要，并影响对治疗的反应。
研究意义
04
研究人员表示，新发现为表观遗传学提供了一个新理解。这是一个非常令人兴奋的癌症研究领域，但在很大程度上仍未得到充分探索。通过发现一种众所周知的表观遗传修饰如何控制基因表达，解决了一个20年的难题。由于决定细胞中H3K4me3水平的酶在癌症中经常被发现突变，研究可能对理解和治疗癌症具有意义。只有对基因和细胞如何工作，才有对可能出现的问题有了基本的了解，以创造出未来的癌症治疗方法。（转化医学网360zhyx.com）
参考资料：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05780-8
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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