Nature最新發現顛覆了幾十年來關于DNA復制的假設

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-08-30 09:45:00【大中小】

摘要：日本理化學研究所生物系統動力學中心(BDR)的研究人員的一項新發現顛覆了幾十年來關于DNA復制的假設。

日本理化學研究所生物系統動力學中心(BDR)的研究人員的一項新發現顛覆了幾十年來關于DNA復制的假設。

Ichiro Hiratani及其同事在8月28日發表在《自然》(Nature)雜志上的實驗表明，早期胚胎的DNA復制與過去的研究結果不同，其中包括一段不穩定時期，這段時期容易出現染色體復制錯誤。由于妊娠失敗和發育障礙通常與染色體異常有關，這一發現可能會影響生殖醫學領域，也許會帶來體外受精(IVF)方法的改進。

圖1 DNA復制定時程序出現時胚胎基因組的不穩定性

在胚胎發生過程中，最初的受精卵分裂，每一組新的子細胞也分裂。到受精后的第三天，胚胎經歷了三次分裂，含有16個細胞。每次細胞分裂都伴隨著DNA復制，確保每個子細胞都包含整個基因組的拷貝。

在RIKEN BDR研究小組的新研究中，研究人員開始描述早期胚胎中DNA復制過程的性質。他們使用自制的單細胞基因組技術，稱為scRepli-seq，并將其應用于發育小鼠胚胎。利用這項技術，該團隊能夠在DNA復制期間的不同時間拍攝單個胚胎細胞DNA的快照。他們的發現與科學家們對胚胎中DNA復制的假設相矛盾。

Hiratani說:“我們在小鼠早期胚胎發育過程中發現了多種特殊類型的DNA復制，這是以前沒有人見過的。此外，我們還發現，在某些時候，基因組DNA會暫時不穩定，染色體畸變會增加。”

教科書告訴我們，DNA 并不是一次性復制完成的。相反，染色體的不同區域會按照特定的順序進行復制。

該團隊的第一個發現是，在成熟細胞中觀察到的復制時序域直到胚胎有4個細胞時才存在。這意味著與最終身體中的其他細胞不同，DNA在1細胞和2細胞胚胎中是均勻復制的，而不是按順序復制的。每當染色體的一部分展開復制時，DNA區域就會展開，形成一個看起來像岔路口的結構。為了繼續復制，分叉必須沿著DNA鏈向下移動，重新壓縮被復制的區域，并解壓縮下一部分。

研究小組的第二個發現是，在胚胎發生的第1、2和4個細胞階段，分叉的速度比8個細胞階段要慢得多。4細胞胚胎現在可以看作是一個過渡階段，在此期間，統一的DNA復制變得順序，同時仍然表現出1細胞和2細胞胚胎緩慢的叉運動特征。相比之下，8細胞胚胎更類似于成熟細胞，表現出順序復制和快速分叉運動。在受精后的最初幾天里，DNA復制的錯誤經常導致染色體不規則，如額外的拷貝、缺失的拷貝、拷貝斷裂或不完整的拷貝。其中一些復制錯誤會導致流產，而另一些則會導致發育障礙，如唐氏綜合癥，也被稱為21三體。