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 在細胞中，DNA及其相關(guān)物質(zhì)每隔一定時間就會復(fù)制，這是所有有機體*的一個過程。這導(dǎo)致了從身體對疾病作出的反應(yīng)到頭發(fā)顏色在內(nèi)的一切。DNA復(fù)制是在20世紀50年代后期確定的，但是從那以后，各地的研究人員都試圖了解這一過程是如何地受到調(diào)節(jié)的。如今，科學(xué)家們知道了。

在一項新的研究中，來自美國佛羅里達州立大學(xué)的研究人員解開了一個存在了幾十年的關(guān)于一種關(guān)鍵的細胞過程---DNA復(fù)制---如何受到調(diào)節(jié)以及這對未來的遺傳學(xué)研究意味著什么的謎團。他們發(fā)現(xiàn)DNA分子中存在著控制DNA復(fù)制的特定位點。相關(guān)研究結(jié)果于2018年12月27日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Identifying cis Elements for Spatiotemporal Control of Mammalian DNA Replication”。論文通訊作者為佛羅里達州立大學(xué)分子生物學(xué)教授David Gilbert博士。論文作者為博士生Jiao Sima。

圖片來自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.11.036。

Gilbert說，“這真是一個謎。DNA復(fù)制似乎對我們試圖干擾它的所有事情都很有彈性。我們已詳細描述了它，發(fā)現(xiàn)它在不同細胞類型中發(fā)生變化，并且它在疾病中受到破壞。但是迄今為止，我們找不到控制DNA復(fù)制的控制元件或者說DNA序列。”

值得注意的是，Gilbert的教授職位是為了紀念前佛羅里達州教授J. Herbert Taylor。Taylor在20世紀50年代后期發(fā)現(xiàn)了不同的染色體片段如何進行復(fù)制，并發(fā)表了100多篇關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)和復(fù)制的論文。大約60年后，Gilbert確定了DNA復(fù)制如何受到調(diào)節(jié)。

Sima在實驗室里與Gilbert一起工作，并在DNA分子上產(chǎn)生了將近一百個基因突變，希望看到某種更好地解釋這種復(fù)制過程的工作原理的結(jié)果。Gilbert說，在遭受一系列挫折之后，他們在萬般無奈下孤注一擲。

Gilbert和Sima以盡可能高的三維分辨率研究了DNA的單個片段，并且看到DNA分子上的三個序列經(jīng)常相互接觸。這些研究人員隨后使用一種*的基因編輯技術(shù)CRISPR同時移除這三個區(qū)域。通過這樣做，他們發(fā)現(xiàn)這三個區(qū)域一起是DNA復(fù)制的關(guān)鍵。

Gilbert 說，“移除這三個區(qū)域會導(dǎo)致DNA復(fù)制時間從這個過程的初階段轉(zhuǎn)移到它的后階段。這個結(jié)果讓人大吃一驚。”

除了對DNA復(fù)制時間的影響之外，移除這三個區(qū)域?qū)е翫NA分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。

Sima說，“我們在基因組中確定了調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA復(fù)制時間的特定DNA序列。這些結(jié)果反映了一種可能的模型，即DNA如何在細胞內(nèi)折疊以及這些折疊模式如何影響遺傳物質(zhì)的功能。”

更好地理解DNA復(fù)制是如何被調(diào)節(jié)的，開辟了遺傳學(xué)研究的新途徑。當DNA復(fù)制時間發(fā)生變化---正如Gilbert和Sima的實驗所展現(xiàn)的那樣---時，它能夠*改變細胞遺傳信息的解釋方式。

當科學(xué)家們應(yīng)對DNA復(fù)制時間受到干擾的復(fù)雜疾病時，這可能成為關(guān)鍵信息。Gilbert說，“如果在不同的地方和時間發(fā)生進行DNA復(fù)制，那么這可能組裝出一種*不同的結(jié)構(gòu)。細胞在不同的時間有不同的東西可用。改變DNA復(fù)制發(fā)生的時間會改變遺傳信息的組裝。”