弗里德里希·米舍尔生物医学研究所 信用:CC0公共领域 在发育过程中，大量的分子信号促使细胞承担特定的身份和功能
作为对其中一些信号的反应，细胞机器在几分钟内唤醒了被称为“即刻早期基因”的特定基因
Rijli小组现在已经确定了一个独特的分子特征，它可以保持早期基因的安静，同时又能快速激活
研究早期基因如何在正确的水平上表达以响应适当的信号，对于我们理解发育、细胞身份的建立以及其他关键过程(如大脑中的学习和记忆形成)具有重要的意义
化学剖面 即刻早期基因在几种类型的细胞发育过程中表达，以响应生长因子和其他信号
这些基因通常编码被称为转录因子的蛋白质，这些蛋白质激活其他基因
在新生儿的大脑中，早期基因首先在神经元中表达，这些神经元对触摸做出反应而变得活跃
但是高级研究员菲利波·里吉利说，在大脑接收感觉信息之前，这些基因是如何闲置的还不清楚
为了解决这个问题，来自Rijli小组的Taro Kitazawa、来自Rijli小组和计算生物学平台的Dania Machlab以及他们的同事分析了小鼠脑干体感神经元发育过程中的染色质——DNA-蛋白质复合体
这个大脑区域首先接收和处理来自动物胡须的信息
在老鼠出生之前，体感神经元中的早期基因在组蛋白H3蛋白上有一种独特的化学标签模式，脱氧核糖核酸围绕着它缠绕
在被称为启动子的脱氧核糖核酸调节区，组蛋白H3携带了一种化学修饰来增强基因表达
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
因为这些抑制性标签通常是由称为Polycomb蛋白质的分子组添加的，研究人员将这种新识别的化学蓝图称为Polycomb“二分”特征
这种特征不同于传统的Polycomb“二价”特征，在传统的Polycomb“二价”特征中，携带抑制性标记的组蛋白存在于基因体和启动子区域，后者也携带活性标记
快速激活 接下来，研究人员进行了一项全基因组分析，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，这些组织是一组产生包括骨骼和平滑肌在内的其他几种组织的细胞
这项分析显示，大约1500到3000个基因显示出二价特征，而大约100到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，但多囊菌抑制标记没有从基因体中去除，在那里它们抑制了携带来自脱氧核糖核酸的信使信息的完整基因分子的产生
除了调节基因分子的产生之外，二分信号还能在几分钟内诱导早期基因对相关刺激做出反应
研究人员发现，一个强分子信号可以快速去除基因体中的多克隆抗体抑制标记，允许基因在适当的水平上表达
这项研究发表在2021年2月18日的《自然遗传学》上
“通过二分染色质信号，如果合适的信号到来，立即早期的基因可以保持被抑制，但随时可以去，”里吉利说
他补充说，这些发现暗示了这种染色质特征在人类和其他生物发育过程中调节早期基因的一般作用
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