基因沉默与沉默循环

　　

生物通报道：以华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）为主的研究小组发现了一种在一个主要基因沉默（turn-off）过程中起关键作用的蛋白：HDA6，这个蛋白因子可以关闭拟南芥中成千上万个相似基因。这一研究成果公布在Genes and Development杂志5月15号封面。

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The big turn-off 
许多年以来，生物学家认为核仁显性现象中的基因沉默是一套核糖体RNA基因被选择性开启的结果。但在1997年，Pikaard和他的同事们发现他们可以通过抑制DNA甲基化或者组蛋白脱乙酰作用的化学试剂处理，使得基因得以开启，证明一套来自父本的核糖体基因的关闭正是核仁显性现象的奥秘所在。换而言之，在表达所需的一切因素都具备的条件下，不知为什么沉默的基因能选择避开这一切？从那时开始，Pikaard和他的同事们努力寻求负责使沉默基因处于关闭状态的蛋白。

在Genes and Development的这篇文章中，Pikaard和其他研究人员为了检验基因组中16种已经被预言的乙酰基转移酶是否在核仁显性现象中起重要作用，构建了转基因杂合体。在这些杂合体中，乙酰基转移酶基因一个一个的被敲除，然后检查这些对核仁显性现象的影响。在这个过程中，他们发现HDA6的敲除可以消除核仁显性现象，也就意味着一些正常状态下沉默的基因被开启了。

为了找出HDA6在细胞中的位置，研究小组利用遗传工程构建了一个带荧光标记的HDA6蛋白，在显微镜下，发现许多HDA6出现在核仁内，并且正好是核糖体RNA基因被调控和核仁显性现象发生的位置。“我们在‘犯罪现场’发现了HDA6，这一证据是可靠的”，Pikaard形象的比喻。

该小组中的博士生Keith Earley通过描绘HDA6的生物化学特性，证明了它其实是一种组氨酸乙酰基转移酶，并且它可以移除几种不同的组蛋白的乙酰基。该研究的合作者，来自华盛顿大学化学系的教授Michael Gross博士是质谱分析专家，他帮助说明了HDA6能移除的乙酰基的准确位置，和过程中包含的氨基酸的加乙酰基作用。

“该研究的概要是HDA6具有广泛的特异性，它可以移除组蛋白上的组氨酸和赖氨酸的乙酰基。” 当许多乙酰基在组蛋白上存在时，基因被开启，Pikaard解释说。当它们被HDA6移除后，导致基因沉默。利用特异识别基因从关闭到开启时组蛋白进行修饰的抗体，研究小组证实试管中观察到的HDA6脱乙酰基作用的特异性符合活细胞中核糖体RNA基因发生乙酰作用后的变化现象。他们同时也发现基因沉默的机制包括组蛋白的修饰和DNA甲基化，并且HDA6在两者中均起影响作用。

Circular pathway to silence
“不知道为什么，这些修饰接连在一起，” Pikaard说，“我们知道，它们共同工作并且HDA6是关键的角色。它们通过一个循环的，自我强化的途径紧密地联结着。每一个都特异地为其它环节的工作。例如，在组蛋白的修饰中，一种召集相关的酶进行DNA甲基化的途径发生了。同样，改变DNA的甲基化导致了组蛋白修饰的变化。”

Pikaard最终的方向是找出是什么使得细胞决定哪一套核糖体基因沉默。“我们更好地明白了沉默是怎样发生的，但是我们并不知道选择是怎样进行的” Pikaard说，“ 我们想知道的另外一件事情是进行组蛋白修饰和DNA修饰的活性是怎样一起工作的。在某个点上，不同的蛋白一定相互影响。这将是一个长期的目标，但是能找出在这种选择的机制。
（生物通：张迪）