DNA复制时序维持细胞表观遗传状态

近日发表在《科学》杂志上的一项研究称，美国佛罗里达州立大学大卫·吉尔伯特博士带领的研究团队回答了一个60年未解的科学谜题：DNA的复制时序维持着人类细胞中全局的表观遗传状态。

在过去60年里，科学家已经能够观察到遗传信息的复制方式和时间，并确定了“复制时序程序”的存在，该程序控制着DNA片段的复制时间和顺序，但仍无法解释为什么会有这样一个特定的程序存在。

吉尔伯特博士解释说，他们假设细胞不只复制DNA，还会复制所有读取DNA的调控分子。复制时序程序和过程背后可能是因为“大自然不会浪费这个控制DNA读取方式的机会”。“复制时间为细胞提供了一个理想的时机，它可以选择是保留所有的调控分子，继续对DNA中的信息进行相同的功能解释，还是改变它们以激发新的功能。”

研究团队以往曾发现，每种类型的细胞都有一个独特的复制时序程序，而且患病的细胞在该程序中有明显的变化。此次，他们研究了复制时序程序的变化如何影响DNA及其调控分子（统称为表观基因组）的折叠。

他们发现一种名为Rif1的蛋白质有助于调节DNA的复制。在去除Rif1蛋白后，复制程序严重受损，此时不同细胞中的所有染色体片段会在不同的时间进行复制。在没有Rif1蛋白的情况下，如果阻止细胞复制DNA，它们的表观基因组会维持正常。然而，一旦DNA开始复制，与DNA相关的调控分子就被错误地结合，并随着每一轮DNA复制而恶化。最终，染色体的三维折叠也发生了改变。

吉尔伯特博士认为，当表观基因组由于复制时序程序的改变而被破坏时，细胞可能无法执行其正常功能，或执行一些不适当的功能，这可能对人体健康产生很大负面影响。

“此前我们已经证明，复制时序程序在许多疾病中都会发生改变。”吉尔伯特博士说，最新实验证实了时序程序的特定改变，在统计学上与儿童白血病以及早衰等疾病的不良预后有关。因此，复制时序程序为人们识别疾病状态提供了一种全新的分子途径和生物标记，帮助患者更早地诊断和更准确地预后。

总编辑圈点

为什么细胞会“在意”它们复制DNA的顺序？现在科学家告诉你，这个顺序可意味着太多了。对人体来说，可能最重要的就是健康与患病细胞的复制时间顺序是大不相同的，因此可以为未来的疾病治疗提供宝贵信息。此外，这一结果对干细胞科研和干细胞的治疗应用领域都至关重要——科学家可以使用人类干细胞来测试复制时间的中断是如何影响这些细胞发展为肝细胞、心脏细胞和神经元的。