DNA複製時序維持細胞表觀遺傳狀態

   近日發表在《科學》雜誌上的一項研究稱，美國佛羅里達州立大學大衛·吉爾伯特博士帶領的研究團隊回答了一個60年未解的科學謎題：DNA的複製時序維持著人類細胞中全局的表觀遺傳狀態。
   在過去60年裡，科學家已經能夠觀察到遺傳資訊的複製方式和時間，並確定了「複製時序程式」的存在，該程式控制著DNA片段的複製時間和順序，但仍無法解釋為什麼會有這樣一個特定的程式存在。
  吉爾伯特博士解釋說，他們假設細胞不只複製DNA，還會複製所有讀取DNA的調控分子。複製時序程式和過程背後可能是因為「大自然不會浪費這個控制DNA讀取方式的機會」。「複製時間為細胞提供了一個理想的時機，它可以選擇是保留所有的調控分子，繼續對DNA中的資訊進行相同的功能解釋，還是改變牠們以激發新的功能。」
  研究團隊以往曾發現，每種類型的細胞都有一個獨特的複製時序程式，而且患病的細胞在該程式中有明顯的變化。此次，他們研究了複製時序程式的變化如何影響DNA及其調控分子（統稱為表觀基因組）的摺疊。
  他們發現一種名為Rif1的蛋白質有助於調節DNA的複製。在去除Rif1蛋白後，複製程式嚴重受損，此時不同細胞中的所有染色體片段會在不同的時間進行複製。在沒有Rif1蛋白的情況下，如果阻止細胞複製DNA，牠們的表觀基因組會維持正常。然而，一旦DNA開始複製，與DNA相關的調控分子就被錯誤地結合，並隨著每一輪DNA複製而惡化。最終，染色體的三維摺疊也發生了改變。
  吉爾伯特博士認為，當表觀基因組由於複製時序程式的改變而被破壞時，細胞可能無法執行其正常功能，或執行一些不適當的功能，這可能對人體健康產生很大負面影響。
   此前我們已經證明，複製時序程式在許多疾病中都會發生改變。」吉爾伯特博士說，最新實驗證實了時序程式的特定改變，在統計學上與兒童白血病以及早衰等疾病的不良預後有關。因此，複製時序程式為人們識別疾病狀態提供了一種全新的分子途徑和生物標記，幫助患者更早地診斷和更準確地預後。
總編輯圈點
   為什麼細胞會「在意」牠們複製DNA的順序？現在科學家告訴你，這個順序可意味著太多了。對人體來說，可能最重要的就是健康與患病細胞的複製時間順序是大不相同的，因此可以為未來的疾病治療提供寶貴資訊。此外，這一結果對幹細胞科研和幹細胞的治療應用領域都至關重要——科學家可以使用人類幹細胞來測試複製時間的中斷是如何影響這些細胞發展為肝細胞、心臟細胞和神經元的。