研究人员解释了DNA中CpG交通灯的信号

一个由莫斯科物理和技术研究所(MIPT)的生物信息学家组成的研究小组已经确定了基因活动的可靠标记。该发现有可能用于临床实践中的未来应用。BMC Genomics报道了这些发现。

基因是携带有关细胞产生的RNA和蛋白质的主要信息的DNA区域。生物体中所有细胞的DNA序列通常是相同的，但实际参与RNA合成的“工作”基因对于每种细胞类型都是不同的。这可以通过作为启动或停止特定RNA产生的开关的调节机制来实现。一旦在进化中达到某种程度的生物复杂性，基因的数量就不会再增加。相反，更精细的监管计划不断发展，以确保在正确的时间激活正确的基因。

截至目前，已经详细研究了调节基因转录(RNA合成)的两种主要类型的机制：涉及所谓的转录因子和表观遗传调节因子。转录因子是能够通过识别基因调控区中的某些核苷酸序列而与DNA结合的调节蛋白。一旦转录因子与DNA结合，它就会使用特殊的细胞机器从该特定基因启动RNA合成。已知许多这样的因素(人类超过1,500)。它们的组合调节了转录的活跃程度以及它是否应该发生。

表观遗传调控涉及控制基因活性而不影响主要DNA结构的机制。这种机制之一是DNA甲基化。它主要通过在CpG二核苷酸中将甲基(CH3)连接到胞嘧啶来实现(图2)。一旦连接，甲基作为标记信号，表明哪些基因是活性的或被抑制的，最终决定细胞类型。毫无疑问，DNA甲基化与许多正常和病理生物过程有关。在癌症，代谢紊乱，心血管，神经退行性疾病和其他疾病中观察到异常的DNA甲基化。

通过与DNA的不同功能区中的胞嘧啶核苷酸结合，甲基可以具有不同的作用。例如，靠近转录起始位点的区域的甲基化倾向于抑制基因活性。相反，基因内部胞嘧啶的甲基化通常用于激活它(图3)。

“在我们之前的论文中，我们发现某些CpG二核苷酸的甲基化与基因活性密切相关。我们称这种二核苷酸为CpG交通灯。现在我们已经证明CpG交通灯的甲基化是比启动子更好的基因活动指标。此外，我们已经证明，增强子-DNA区域远离基因但调节其活性 - 在CpG交通信号灯中得到丰富，“该论文的高级作者，生物信息学与系统副教授Yulia Medvedeva解释道。 MIPT的生物学，他是俄罗斯科学院生物技术研究中心的调控转录组学和表观基因组学小组的负责人。

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