科学家们刚刚改写了我们对表观遗传学的理解

DNA和RNA的表观遗传学，曾经被认为是分开的，现在已经被发现共同调节基因表达。

科学家们发现了一种细胞控制基因的新方法，这可能会改写我们对“表观遗传学”的理解。

表观遗传学是一种不影响DNA序列本身的DNA修饰形式。相反，它描述的是化学基团何时附着在特定基因上，从而开启或关闭这些基因，或者改变染色体的三维形状。

现在，在1月17日发表在《细胞》（Cell）杂志上的一项研究中，科学家们发现了一种全新的基因调控方法，该方法涉及同时对DNA及其分子表兄弟RNA进行表观遗传调整。

展望未来，研究人员希望揭示这种新型基因控制与癌症的关系。

加州大学洛杉矶分校表观基因组学、RNA和基因调控主任凯瑟琳·普拉斯（Kathrin Plath）没有参与这项研究，她在一封电子邮件中表示：“发现这样一种新机制确实令人兴奋，它进一步扩展了我们对基因调控的理解。”

基因调控的新层面

一种常见的表观遗传修饰是甲基化，它描述了在DNA或组蛋白（DNA包裹的蛋白质使其变得更紧密并适合细胞核）上添加一种称为甲基的分子。一种名为DNMT1的蛋白质将这些分子添加到DNA中，它的活性可以根据给定基因甲基化的位置来提高或降低基因表达。

近年来，研究人员还发现，RNA —— 一种将DNA指令传递到细胞中制造蛋白质的分子 —— 也可以被修改。这主要是由一种叫做METTL3-METTL14的蛋白质复合物完成的。这种甲基化会破坏RNA分子的稳定，减少蛋白质的产生。

体内的每个细胞都使用RNA和DNA甲基化来调节基因表达。然而，以前假设这些过程是独立运行的。这项新研究对这一假设提出了质疑。

在这项研究中，科学家们观察了小鼠胚胎干细胞，并绘制了细胞发育过程中DNA和RNA甲基化的位置。他们发现成千上万的基因和它们互补的RNA分子同时含有甲基化标记。

通过进一步的实验，研究小组发现，与RNA相互作用的METTL3-METTL14复合物也招募并物理结合标记DNA的蛋白质DNMT1。这种新的、更大的复合物可以在DNA或RNA水平上甲基化相同的基因。这使得细胞能够在细胞分化过程中进一步微调其基因调控，这是一个干细胞呈现特定身份的过程，例如成为心脏或肺细胞。

先前的研究已经显示了DNA和组蛋白修饰之间以及组蛋白和RNA修饰之间的明确联系。

比利时ULB癌症研究中心主任François Fuks说：“那么，为什么细胞不能将DNA的表观遗传修饰和RNA的表观遗传学修饰联系起来呢？”。“[我们的研究表明] DNA甲基化和RNA修饰之间存在以前从未见过的直接联系。”

根据François Fuks的说法，这项研究确实存在一些局限性，即主要集中在胚胎干细胞分化上。在过去的研究中，DNA和RNA的修饰已经分别在干细胞中得到了很好的表征，因此研究人员从它们开始是有意义的。但这些相同类型的DNA和RNA修饰存在于所有类型的细胞中。

“看到这一点，这种机制不太可能只存在于胚胎干细胞中，”Fuks说。

这一发现挑战了既定的观点，即RNA和DNA修饰过程是完全分开的，这表明它可能对人类生物学和疾病有更广泛的影响。为此，Fuks和他的团队正试图确定这种新机制与癌症的关系。

Fuks建议，如果DNA和RNA表观遗传学的协调被打乱，你最终可能会摄入太多或太少的蛋白质。他说：“现在，一种关键蛋白质的表达水平将过高。”。“这可能对细胞有害，并导致肿瘤发生”，即肿瘤的形成。

目前已经批准了一些抑制DNA甲基化的疗法，还有一个早期的临床试验，测试RNA甲基化抑制作为一种癌症治疗方法。Fuks和他的团队正在测试结合这些现有疗法来改善患者预后的潜力。他们实验室研究的初步数据表明，这种策略可能对白血病患者有用。

至少在培养皿中，“我们可以通过将这两种药物一起添加来恢复白血病细胞的癌症进展，”Fuk说。“最终，我们为什么不能把这两种药物结合起来治疗病人呢？”

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！