人工化学DNA转换有助于了解表观遗传机制

来自捷克科学院和查尔斯大学的研究人员构建了一个人工化学DNA转换器，迈出了人工表观遗传学的第一步 - 有针对性地打开和关闭基因。他们的论文最近发表在“化学科学”杂志上。

DNA中包含的遗传信息在两个连续过程中转移，这两个过程在空间和时间上分开，导致蛋白质的形成。在第一个过程中，即所谓的转录，一个基因的完整信息被转录为RNA分子，称为信使RNA(mRNA)，其在第二步中用作在细胞内合成特定蛋白质的模板。后续翻译。然而，在这个基本信息的基础水平之上，还有另一个，即所谓的表观遗传学，它决定了哪些基因在给定时间活化并且经历转录成mRNA并且相反，哪些被关闭并且不经历转录。这种接通和断开由几种机制调节。其中最重要的是对DNA碱基的化学修饰，即DNA甲基化和去甲基化，在此期间甲基被添加到DNA中的给定位置或从DNA中的给定位置除去。对DNA的这些非常小的修饰调节RNA的转录和相应蛋白质的形成。

来自捷克科学院有机化学和生物化学研究所(布拉格IOCB)，查尔斯大学理学院和捷克科学院微生物研究所(IMIC CAS)的科学家团队由教授领导。 Michal Hocek和LiborKrásný博士现在已经使用人工制备的修饰DNA来揭示这些表观遗传变化的调控背后的秘密。

在之前的文章中，研究人员发表了一个令人惊讶的发现：含有羟甲基的修饰嘧啶核碱基增加了细菌RNA聚合酶的转录。这些羟甲基化的嘧啶在一些生物的基因组中作为次要碱基天然存在。然而，现在，科学家们制备了含有特殊光可移动保护基团的这些碱基的掩蔽衍生物，这导致整个修饰的DNA从转录的角度出发。在用可见光(波长400nm)进行短暂照射后，去除掩蔽基团并开启转录。然而，在下一步中，可以通过另一种反应再次关闭转录：羟甲基的酶促磷酸化。

这种概念上新颖的方法是独特的，因为它通过DNA的主沟中的化学反应诱导转换;因此，原则上，它可以建立另一个人工水平的表观遗传调控，可以与自然表观遗传学并行发挥作用，而通过相当简单的化学反应，在正常情况下不会发生在细胞中，影响打开和关闭基因，从而形成特定的蛋白质，例如，它们在各种疾病的发展或治疗中起作用。

到目前为止，科学家在“化学科学”杂志上发表的这种转换基因表达的新方法仅在体外(在试管中)得到证实，并且其在活细胞或生物体中的应用将需要克服许多其他障碍。到目前为止，结果引发了许多问题而不是答案，但它们为几条新的有趣的研究途径打开了大门。目前，其中最具吸引力的假设是这可能是细菌有效阻止转录的机制病毒DNA的磷酸化(通过病毒DNA的磷酸化，在一些病毒中天然羟甲基化)以及基因表达的靶向调节的可能性，这将是有时间限制的。以这种方式进行修饰后，DNA将仅在所需的时间内接通，并且这种DNA在细胞中的天然不稳定性将防止长期的不利影响。该领域的研究将继续进行，并且在未来，它可以在理解与生物如何调节基因表达有关的机制方面取得重大突破。

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