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發現新的基因感測器:解開表觀遺傳與DNA甲基化之謎

我們的身體由數兆個細胞組成,每個細胞都有特定的功能,例如肌肉細胞幫助我們運動,而腦細胞負責思考與記憶。這些功能的實現主要依賴於DNA中的基因。然而,除了基因序列本身,還有一種叫做「表觀遺傳學」的機制在調控著基因的開關,確保每個細胞在合適的時間表達合適的基因。

表觀遺傳學的一個重要過程是「DNA甲基化」。簡單來說,DNA甲基化就像是在DNA上添加了一個小標記,這個標記可以告訴細胞某些基因應該被打開還是關閉。這個過程不會改變基因的實際序列,但會影響基因的表達方式。換句話說,DNA甲基化就像是基因的「使用說明書」,幫助細胞知道該如何操作基因。

然而,這些甲基化標記不是一成不變的,它們在細胞分裂時需要被精確地繼承下來。如果這些標記在複製過程中丟失或錯誤地繼承,可能會導致基因表達的異常,進而引發各種疾病。

CDCA7能感測「半甲基化」

CDCA7 與 DNA 結合的結構 (A) 這張圖顯示了科學家如何利用一種實驗方法來觀察CDCA7蛋白與帶有部分甲基化標記的DNA結合的情況。(B) 上半部分展示了冷凍電鏡技術捕捉到的CDCA7蛋白與DNA結合的圖像,下半部分則是這個結合的三維模型。圖中,CDCA7蛋白的大部分以紫色表示,而它的尾部則以橙色表示。(圖/Science Advances)

最近,洛克菲勒大學的研究人員發現了一個新的基因感測器「CDCA7」,它能夠在細胞分裂過程中感知這些DNA甲基化的標記,確保它們能夠正確地傳遞給新的細胞。

當細胞分裂時,它會將自己的DNA分子複製一份,然後分配給兩個新細胞。然而,在這個過程中,甲基化標記並不會自動複製到新合成的DNA上,這意味著新DNA暫時處於一種「半甲基化」的狀態,即一條DNA鏈有甲基化標記,而另一條則沒有。

這時,細胞內需要有一個機制來偵測這種半甲基化狀態,並確保甲基化標記正確地複製到新DNA上。以往的研究顯示,UHRF1是一種能夠偵測半甲基化並引導甲基化過程的蛋白質。然而,新的研究發現,CDCA7也能夠感測這種半甲基化,尤其是在DNA被包裹在染色質(DNA與蛋白質的複合物)中的情況下。

這一發現有助於我們更好地理解表觀遺傳學的複雜性,並且為研究一些與DNA甲基化異常有關的疾病提供了新的視角。

這項發現不僅揭示了CDCA7在維持DNA甲基化方面的重要性,還說明了它在幫助細胞辨識並繼承這些重要標記的關鍵角色。研究人員相信,這一新的理解可能會對治療相關疾病帶來新的啟示。

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首圖來源:Kyohei Arita and Yiming Niu cc By4.0

圖片來源:Science Advances  cc By4.0 

參考論文:

1.CDCA7 is an evolutionarily conserved hemimethylated DNA sensor in eukaryotesScience Advances 

延伸閱讀:

1.「表觀遺傳學」助科學家揭露幹細胞的癌變旅程