表观遗传控制基因活动发现“红绿灯”

一个主要的新的研究杂志上自然揭示了一个“红绿灯”机制控制细胞内基因活动——一个系统可能癌症药物的目标已经在开发中。

这项研究描述了表观遗传的改变DNA的结构可以作为调控信号在确定一个基因是否应该读。

不同于我们的基因组成,这很好理解,表观遗传学在很大程度上仍是未知的世界,被称为“暗物质”的基因组。

H3K4me3的关键作用

但是新发现的答案根本和长期存在的问题——如何表观遗传调节转录的过程和基因表达,蛋白质通过阅读和翻译成蛋白质的基因。

癌症研究所的科学家们,伦敦,揭示重要表观遗传信号称为H3K4me3——如何确定何时以及如何阅读和DNA转化成我们的细胞内蛋白质。

研究表明,H3K4me3确保基因转录和激活在正确的时间以一种受控制的方式,就像一组红绿灯调节繁华街道上汽车的流动。了解它的功能在正常细胞也可以揭示癌症的发展,所扮演的角色的崩溃基因活动的监管。

与白血病、乳腺癌、肠癌和胰腺癌

大家都知道20多年酶将H3K4me3,化学标记添加到DNA,正常细胞发展是至关重要的,除了与白血病、乳腺癌、肠癌和胰腺癌。但是,直到现在,科学家缺乏了解什么化学标签,尽管多年的研究。

新教科书的发现,所描述的研究人员,将我们的理解:

• 表观遗传蛋白质有助于调节细胞的发展和如何参与癌症吗
• 基因表达的过程——我们身体所使用的DNA解码成功能性蛋白质——监管吗
• 如何阻止蛋白质表观遗传可能影响正常和肿瘤细胞。

长期希望这个新的理解可能导致癌症治疗的一个新类目标表观遗传“红绿灯”阻止基因的活动可能会引发癌症。

这项研究是由癌症研究所(ICR)本身和纪念斯隆凯特林癌症中心。

一个红绿灯系统调节基因活性

表观遗传学影响基因活性,或表达,不改变底层的遗传密码——例如,通过添加或删除化学标签或修改DNA或蛋白质的DNA缠绕,称为组蛋白。组蛋白的化学修饰,如H3K4me3 (tri-methylation H3赖氨酸4)可以打开或关闭基因,和癌症中经常改变。

使用老鼠干细胞和复杂的遗传和生化实验在实验室中,研究人员发现,H3K4me3修改是必要的规范如何以及何时我们的基因表达。

允许RNA聚合酶II沿着DNA

研究小组发现,H3K4me3就像一个在繁忙的十字路口红绿灯。通过调节的RNA聚合酶II -蛋白复合物,读取和解码DNA H3K4me3决定基因表达什么时候开始,它运行的速度。

当它给开了绿灯,H3K4me3允许RNA聚合酶II沿着DNA,转录成RNA。但是没有H3K4me3, RNA聚合酶II卡住在DNA上的特定点,创建一个停顿和减缓转录。

以前的结果表明,破坏或改变H3K4me3水平在癌症细胞是重要的发展和影响对治疗的反应。

我们解决了一个20岁的难题

研究负责人教授克里斯蒂安和癌症研究协会的首席执行官,伦敦和世界领袖表观遗传学的研究,说:

“我们的研究提供了一个基本的表观遗传学的新理解,一个非常令人兴奋的,在很大程度上仍未开发地区的癌症研究。我们解决了一个20岁的谜题,发现有一个著名的表观遗传修饰控制基因的表达。因为酶水平的确定H3K4me3发现突变在癌症细胞中频繁,我们的研究可能会对我们理解和治疗癌症。

“这就是我所说的“教科书”科学——许多科学家的愿望,包括我自己在内,解决基本问题,以便我们发现进入教科书。即使是最尖端治疗患者的基础是建立在基本的科学发现。这仅仅是由于基本的了解或基因和细胞是如何工作的,与他们所出现的错误,我们可以创造未来的癌症治疗。

“药物针对这些“红绿灯”,或表观遗传修饰,如H3K4me3,已经被开发,它是可能的,他们可以有一天成为一个有效的方法治疗癌症患者。这对癌症研究是一个令人兴奋的新途径,我们相信,我们的研究结果将为这些表观遗传药物更有效的发展。”

参考:王H,风扇Z, Shliaha PV, et al。H3K4me3调节RNA聚合酶II promoter-proximal pause-release。自然。2023:1-10。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 05780 - 8

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