芝加哥大学的科学家们在理解我们的基因如何工作时发现了一个新的皱纹。该团队由芝加哥大学约翰·T·威尔逊化学，生物化学和分子生物学杰出服务教授Chuan He领导，揭示了一个长期存在的难题，涉及我们的基因被修饰的常见方式，称为RNA甲基化。

27月<>日发表在《科学》杂志上的这一发现可能对疾病的基因疗法以及我们对基因表达、发育和进化的图景产生影响。

改变路线

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十多年来，Chuan He的实验室一直专注于解开一种称为RNA甲基化的现象的难题，我们越来越了解这种现象在我们的身体和生活中起着关键作用 - 从癌症到创伤后应激障碍再到衰老。

在20世纪，我们认为DNA是细胞的蓝图，一切都被忠实地复制并从那里进行。但一点一点地，我们开始了解到这并不是全部。DNA是基本的说明书，但我们的身体会根据需要打开和关闭一些基因来响应我们的经历和环境。例如，我们的皮肤可能会通过产生更多的黑色素来保护皮肤来对阳光照射做出反应;或者植物在干旱时期可能会改变其生长模式，以缩短生长时间，从而需要更少的水。

我们的身体这样做的一种方式是RNA甲基化的过程 - 自2010年以来，他的实验室一直在努力解开这一过程。

一般来说，RNA复制DNA，并将指令带到细胞中以制造不同的蛋白质。但是RNA在此过程中改变了这些指令。打开或关闭特定基因的一种方法是将一种称为甲基的小分子连接到信使RNA。这种变化被称为甲基化，它修改了所执行的指令——改变了DNA表达的过程。

科学家们知道这很重要，但他们并不确切知道这个过程是如何在细胞中工作的。细胞如何选择甲基化哪些位点?

“这是一个非常重要的过程，发生在从鱼到牛到我们的一切事物中 - 这是一些细胞变成皮肤，另一些细胞变成眼睛，另一些变成肌肉 - 但我们缺乏对机制本身的理解，”他说。“例如，我们可以看到只有一小部分基因序列被甲基化，但我们不知道这些特定位点是如何被选择的。

他的小组发现细胞不会选择某些位点进行甲基化;相反，他们选择不甲基化的地方。他们认为机制在于信使RNA的关节。

RNA复制细胞中的DNA后，它被切成薄片。信使RNA的某些部分被切掉，其余部分被粘合在一起并被称为“外显子连接复合物”的分子结合。

研究小组发现，这些外显子连接分子会影响特定片段的信使RNA是否可以甲基化。如果RNA片段很短，两端的两个大分子会阻止任何甲基化的发生。但是更长的RNA片段，它们之间有更多的空间，暴露出来并且可以甲基化。

作者解释说，这一发现可能对生物学和医学产生重大影响。

“重大发现”

一个可能的影响与人工基因有关。作为癌症和其他疾病的基因疗法的一部分，以及了解生物学如何工作的基础研究的一部分，科学家们通常会创造人造基因的延伸并将它们发送到细胞中。例如，如果患者的肿瘤正在失控生长，科学家可能会制造一个人工基因来告诉它停止。

但到目前为止，科学家们制造这些人工基因的方式不包括RNA中的任何外显子连接复合物。由于外显子连接复合物在正常基因表达中起着如此重要的作用，因此将它们排除在外可能会产生科学家没有考虑过的影响。

“当人们开发基因表达甚至基因治疗的报告基因时，在设计时需要考虑额外的监管层，”他说。“如果没有这种包装，它可能会被高甲基化，这意味着它不是自然过程的精确模仿。

他说，这一发现也是我们对生物学和进化的理解向前迈出的重要一步。

研究小组在从斑马鱼到人类的所有事物中观察到了这一过程的证据，但不是贝类或昆虫。“因此，脊椎动物可能已经进化出这种方式来调整其遗传物质的稳定性，”他解释说。

例如，在人类中，脑组织和心脏组织具有非常不同的外显子连接复合物数量。这意味着它可以在细胞从胚胎发育时如何分化自己，他说。

“这一发现表明了基因表达调控的新层和调节mRNA稳定性的新途径，”他说。“我们将努力在很长一段时间内了解其全部影响。