新发现分子信号开关，破解立早基因早期状态

在发育过程中，大量的分子信号促使细胞承担特殊的身份和功能。作为对其中一些信号的反应，细胞唤醒了被称为“立早基因(immediate early genes，IEGs)”的特定基因。

立早基因有很多重要功能，如调控细胞生长、细胞分化信号转导、以及调控其他重要的细胞过程。一个研究小组现在已经发现了一种独特的分子特征，可使IEGs保持休眠状态，同时也可快速激活。

该研究发表在2月18日的《自然遗传学》(Nature Geneticson)杂志上。

研究IEGs正确表达以响应适当的分子信号对我们理解发育、细胞身份的建立以及大脑中学习和记忆形成等其他关键过程具有重要意义。

在几种类型的细胞发育过程中，IEGs会对生长因子和其他信号作出反应。这些基因通常编码一种叫做转录因子的蛋白质，从而激活其他基因。在新生儿的大脑中，IEGs是第一个在神经元中表达的，这些神经元在接触时变得活跃。但目前还不清楚这些基因是如何在大脑接收感官信息之前保持休眠状态的。

为了解决这个问题，团队分析了小鼠脑干体感神经元发育过程中的染色质。这个大脑区域是第一个接收和处理动物胡须信息的区域。

在小鼠出生之前，体感神经元中的IEGs在组蛋白H3蛋白上有一种独特的化学标签模式，DNA围绕着它缠绕。在被称为启动子的脱氧核糖核酸调节区，组蛋白H3携带了一种增强基因表达的化学修饰。但是这些基因几乎没有表达。

研究小组发现，这是因为编码蛋白质的基因体区域中的组蛋白H3带有一个化学标签，可以关闭基因表达。

由于这些抑制性标签通常是由一组称为多梳蛋白的分子添加的，研究人员将这一新发现称为多梳蛋白“二分”签名(bipartite signature)。这种特征不同于传统的多梳蛋白二价特征(bivalent signature)，在传统二价特征中，携带抑制标签的组蛋白存在于基因体和启动子区域，这些区域也携带活性标记。

接下来，研究人员进行了全基因组分析，以确定小鼠胚胎干细胞和发育中的组织(如大脑、心脏、肝脏和神经嵴)中的二价和二价特征。这项分析显示，约1500至3000个基因显示出二价特征，而约100至250个基因显示出二分特征，这取决于组织和发育阶段。

进一步的实验表明，在胚胎发育过程中，一些二价基因变成了二分基因。在这个过程中，二价基因的启动子区域变得完全活跃，但是多梳蛋白抑制标记没有从基因体中去除，其抑制了携带来自DNA的信使信息的完整mRNA分子的产生。

研究人员总结称“这些发现暗示了在人类和其他生物体的发育过程中，这种染色质特征在调节IEGs方面的一般作用。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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