基因组的不稳定性会导致细胞死亡或者引发癌症,现在科学家们发现,细胞中有两个分子机制共同起作用,以避免发生这种情况。南加州大学的科学家们指出,在DNA解链进行复制时,重复DNA处于最不稳定的时期,此时就依赖异染色质和复制叉蛋白联手对其进行保护。文章于3月7日提前发表在Cell Reports杂志的网络版上。
着丝粒位于X形染色体的中,许多真核生物的着丝粒含有高度重复的序列,以组蛋白H3K9上的甲基化为标志。这种表观遗传学修饰招募包括Swi6和Chp1在内的多种异染色质蛋白,保护着丝粒并确保染色体正确分离。如果由于突变导致染色质结构丧失,细胞中着丝粒处的重复DNA就会变得脆弱,使该处的重排和重组率升高。
研究显示,复制叉蛋白复合体在异染色质结构缺失时,对着丝粒处的重复序列有保护作用。如果复制叉蛋白也存在缺陷,使复制叉的稳定性也受到破坏,更会加重上述问题的严重性。复制过程延迟或失效,会显著增加染色质的重排。这样的“基因组不稳定性”会使遗传信息缺失或改变,导致细胞死亡甚至引起癌症。
领导这项研究的Susan Forsburg是南加州大学的分子生物学教授,他领导团队对酵母进行研究,向人们展示如果同时破坏异染色质和复制叉蛋白,会显著增多异常染色体,甚至导致细胞死亡。
“这项研究能够帮助我们正确理解,不同突变共同产生致命效果的机制,”Forsburg教授说。“重要的是,我们研究中的所有基因都可以在人体内找到对应,而且其中一些基因的突变已经与癌症关联起来。”
“我们已经知道,癌症与表观遗传学修饰改变基因表达有关,”Forsburg说。“现在我们看到了表观遗传学修饰与复制叉蛋白的协同效应,表观遗传学修饰形成了异染色质结构,而这一结构与复制叉稳定性一同保护着着丝粒。”
研究表明,异染色质蛋白和复制叉保护机制联手发挥作用,避免异常重组,保护着丝粒完整性并确保染色体正确分离。下一步,研究人员将继续寻找,在这一过程中同样起协同作用的其他因素。