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组蛋白修饰在合子基因组激活中起重要作用

东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家观察到斑马鱼发育过程中基因调控因子的变化,发现对“组蛋白H3”(DNA结合的蛋白质之一)的修饰在“合子基因组激活”中起着重要作用。或控制斑马鱼胚胎发育从母体到合子的过渡。

斑马鱼是生物学中的重要模型生物。我们与这些热带小鱼共享70%的基因,而与疾病相关的人类基因中有80%以上与斑马鱼相对应。此外,已经确定了它们的整个基因组序列,并且比老鼠更有效地养鱼。

然而,它们的发育与哺乳动物的发育有些不同。尽管鱼类像所有脊椎动物一样有性繁殖,但卵子的受精是外在的,因为卵子和精子都被释放到水中。尽管存在这一重要差异,但与物种发育相关并调控胚胎发育的蛋白质合成中的大多数序列在整个物种中都是保守的。

这意味着跨物种保存了一些基本成分,这些基本成分为细胞提供了有关如何构建活生物体的指导。进化没有摆脱这些序列,而是通过修饰结合了DNA的基因组DNA和组蛋白来调节其表达。正如科学家所说,这些“表观遗传因素”决定了基因是否具有功能性,因为它们改变了DNA的化学和/或结构组成。当生物体发育时,这种变得重要的调节尤为重要。

这就是为什么由木村浩史教授领导的东京工业大学的一组科学家着手研究斑马鱼发育过程中表观遗传学变化的原因。据木村教授说,

研究小组使用基于fab的活体内源修饰标记或“ FabLEM”(一种在活细胞中使用特定抗体可视化翻译后修饰动态的技术)(图2),在“合子基因组激活”(ZGA)期间观察到了活性RNA聚合酶II。 ,或胚胎发育受合子或发育中的胚胎本身控制的过程,而不是由母体沉积的物质控制的过程。尽管这种转变的时机是特定于物种的,但它也发生在哺乳动物中。

然后,研究小组将组蛋白修饰的变化与基因组激活的时间进行了比较。他们研究的主要发现之一是发生在第27个赖氨酸的组蛋白H3或H3K27中的乙酰化在主动转录之前被浓缩。可视化最早的激活基因miR-430的转录本以及H3K27乙酰化证实了这一发现,而转录抑制剂并不能阻止H3K27乙酰化的积累。结果表明,H3K27乙酰化是一个表观遗传因子,可唤醒基因组进行转录。

由于RNA聚合酶II存在于所有物种中,因此该方法还可用于研究其他生物的发育。木村教授说:“这为进一步研究转录调控与核组织之间的联系开辟了可能性。”

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