PNAS挑战经典基因调控理论

　　

生物通报道：Rice大学的研究人员发现，细胞通过一种被称为分子剥离（molecular stripping）的过程，使活化转录的主调控因子从DNA上解离，同时叫停多个蛋白质的合成。这项研究发表在本周的美国国家科学院院刊PNAS杂志上，挑战了数十年的分子生物学经典模型，刷新了人们对基础生物学过程的认识。

转录因子NFkB是一类将细胞外信号与基因表达关联起来的二聚化蛋白。它们能与DNA结合，根据外界刺激启动特定蛋白的生产。NFkB管理着许多细胞功能，包括对感染的免疫应答和抑制癌症的程序性细胞死亡。

NFkB、IkB和DNA组成的体系，可以控制大量基因的表达。Rice大学的Peter Wolynes领导研究团队使用AWSEM算法对这一体系进行了分析，这种算法能根据蛋白组分的互作能量预测其折叠方式。研究显示，IkB分子的加入会使结合在DNA上的NFkB蛋白发生扭转，形成短暂的三元结构。这种扭转会很快释放DNA，导致三元结构解离。（延伸阅读：三篇Nature Methods：定位基因组的调控序列）

由于NFkB能同时激活许多程序，时机在这里显得尤为重要。“NFkB不是在发送一个信号，启动一个新蛋白合成。它经营着一个广播网络，调控包括IkB在内的许多基因，”Wolynes说。“我们的研究表明，NFkB启动基因之后并没有放任自流，让基因自己决定何时关闭。IkB通过剥离NFkB确保这些基因全部关闭，让转录在特定的时间点结束。”

“在经典基因开关理论中，我们没有考虑时间，”文章第一作者Davit Potoyan博士说。“但如果你有一个启动100个不同基因的程序，你很可能想让它们同时关闭。在这种情况下时机就是关键，因为有上百个基因受到调控。”

已知IkB或NFkB失调会导致包括癌症在内的许多医学问题，“我们需要在正确的时间关闭基因。考虑到NFkB广泛的影响力，用药物靶标它来控制特定过程将是一个挑战，但也很值得尝试。”

“我们相信分子剥离过程对于主调控子非常普遍，”他说。“这一调控机制挑战了四五十年的基因开关理论，对生物学研究有重要的意义。”

 

生物通编辑：叶予

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