Nature令人著迷的新發現：DNA復制時序
摘要：復制遺傳信息的復雜過程被稱為DNA復制，是一個精心安排的分子事件序列，必須在正確的時間發生。
復制遺傳信息的復雜過程被稱為DNA復制，是生命從一個細胞傳遞到另一個細胞、從一個生物體傳遞到另一個生物體的核心。這不僅僅是簡單的復制遺傳信息，還是一個精心安排的分子事件序列，必須在正確的時間發生。來自慕尼黑亥姆霍茲大學的Maria-Elena Torres-Padilla教授研究組最近發現了這個過程的一個迷人之處，即“復制時序”(RT，replication timing)，以及生命開始時這一過程的特殊性。新的研究結果發表在《自然》雜志上。
DNA復制時序(RT)過程指的是遺傳密碼不同區域復制的特定時刻。來自慕尼黑亥姆霍茲大學表觀遺傳學和干細胞研究所的研究人員采用一種名為 "Repli-seq "的技術，深入研究RT與細胞適應性(即細胞可塑性)之間的密切關系。有趣的是，他們還發現了RT與基因如何在細胞核內折疊成三維結構之間的新關系。
圖1 哺乳動物早期發育過程中復制時機的出現
研究人員從胚胎的最早階段——受精卵（生物體生命的最初階段）開始，繪制了一張從單細胞階段到胚胎植入母體子宮階段的RT圖譜，該階段被稱為囊胚。
出乎意料的發現是，單細胞胚胎中的RT并不是很有序，這表明基因組復制在這些早期細胞中非常靈活。然而，在4細胞期之后，RT變得更加明確。這是一個漸進的過程，反映了DNA和相關蛋白質（即所謂的染色質標記）逐漸獲得修飾，染色質標記表明基因的活性和細胞功能的重要性。
該研究的通訊作者Maria-Elena Torres-Padilla進一步解釋說:“這很了不起，因為這告訴我們這些早期胚胎細胞具有非常‘可塑性’的基因組復制程序。因為這些早期細胞是全能的，也就是說，它們可以創造出我們身體里的每一個細胞。我們認為，我們在這項研究中發現的是這些細胞如此出色地能夠產生整個身體的原因之一。”
同時，關于DNA復制的新發現可以作為重新編程細胞的工具。該研究的第一作者Tsunetoshi Nakatani博士補充說:“我們可以設想通過將其RT程序改變為更靈活的程序來改變細胞的身份。”
圖2 RT在小鼠植入前發育過程中逐漸出現
研究結果進一步表明，RNA聚合酶，通常被稱為負責讀取遺傳密碼并將其轉錄成RNA的酶，有助于確定確切的RT程序，為將來如何能夠操縱該程序提供一些線索。研究小組發現，基因組的三維結構首先形成，RT程序隨之建立。這是一個令人興奮的發現，因為它假設我們的基因組如何適應細胞核的三維空間影響RT程序的靈活性。
總之，DNA復制的時序是生命宏大敘事中令人著迷的一塊拼圖。它證明了基因復制的準確性是如何與早期胚胎細胞在我們體內產生其他細胞類型的能力密切相關的。隨著研究人員繼續探索這些聯系，我們將更深入地了解生命在細胞與細胞、生物與生物之間傳遞的本質，以及是什么讓細胞能夠生成一個新的身體。
參考資料
[1] Emergence of replication timing during early mammalian development
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