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一个果蝇胚胎显示荧光点，表明腹部不同点正在进行DNA转录。最近普林斯顿大学的一项研究首次揭示了基因抑制是如何起作用的，展示了阻止某些遗传密码转录的系统动力学。 图片来源: 普林斯顿大学
普林斯顿大学的研究人员揭示了果蝇胚胎中基因抑制机制的内部活动，为人类疾病研究的提供新见解。
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在研究生Shannon Keenan的带领下，研究小组利用光激活果蝇发育过程中的化学信号，并追踪其对一种叫做 Capicua 或 Cic 的蛋白质的影响。 Cic 位于细胞核中，与 DNA 结合并将其沉默。 这项研究发表在《Developmental Cell》杂志上，并于3月5日在网上公布，揭示了该蛋白质对基因的抑制作用。
在一首复杂的音乐中，贯穿旋律的沉默对于乐谱效果的贡献与音符的作用一样大。 控制发育的生物学过程依赖于高度复杂的基因激活和抑制的时间模式来创造生命美丽的交响乐。
当一个模式被打乱时，它就像音乐中的一个错误音符。 在这种情况下，Cic 作为一种抑制蛋白，使基因组的某些部分沉默，允许其他基因彼此和谐地表达。 理解Cic 这样的抑制因子如何起作用，可以让研究人员更好地指挥乐队。
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西蒙斯基金会熨斗研究所(Flatiron Institute at the Simons Foundation)负责人、刘易斯-西格勒综合基因组学研究所(Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics)化学与生物工程教授Stanislav Shvartsman说，“告诉你不要做某事的信号与告诉你要做某事的信号同样重要。 这项研究的学术带头人Shvartsman 说，虽然 Cic 和它的靶基因都已经明确，但是对于基因抑制的动力学却知之甚少。 “激活和抑制基因的蛋白质就像汽车的油门和刹车，我们对油门踏板的工作原理了解很多。这是我们第一次看到刹车在起作用。”
文章作者，包括1996年美国诺贝尔生理学或医学奖的获奖者、分子生物学教授 Eric Wieschaus，聚焦于一种称为 ERK的关键酶，这种酶将信号从细胞表面传输到细胞核。 通过用光控制 ERK，在精确的时间序列中，他们可以分析出酶如何以及何时与 Cic 蛋白结合。 他们发现，经过大约5分钟的 ERK 激活后，Cic 蛋白失活，使其目标基因(通常被抑制)开启。 值得注意的是，抑制很快解除，反应时间非常快。
研究展示了一个前所未有的基因抑制动态过程，同时揭示了一个值得进一步探索的新领域。 自然选择已经运作了数亿年来调整这些过程。 他们选择的时机并非偶然。 Keenan认为，这种机制的快速响应时间可以保护细胞免受生化噪声的影响，否则可能导致灾难性的错误。
Keenan说，“果蝇胚胎是一个非常强大的系统，从中学到的东西可以帮助我们理解和治疗人类疾病，包括癌症，通常癌症会有Cic突变。”
Keenan进入化学和生物工程领域是出于对解决人类健康问题的兴趣。 她擅长数学和科学，她想利用她所拥有的一切技能来帮助人们。 “我从没想过我会和果蝇一起工作，”她笑着说。 “当我来到普林斯顿时，我遇到了 Stas，他给我看了所有这些关于果蝇胚胎中基因启动的图像。真是太美了。”
文献来源:
Rapid Dynamics of Signal-Dependent Transcriptional Repression by Capicua. Developmental Cell. DOI:doi.org/10.1016/j.devcel.2020.02.004
新闻报道：
https://phys.org/news/2020-03-geneticists-dna-revealing-key-developmental.html
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