在表观遗传学快速发展的领域中尚未得到充分研究的机制

研究显示，关键的表观遗传标记可以阻断重要的基因调节蛋白的结合，从而阻止该基因被关闭。这项新的UNSW研究是在CRISPR修饰的小鼠身上进行的，该研究于本月在《自然通讯》上发表。

该研究对理解表观遗传学如何在分子水平上起作用具有深远意义。科学家希望，这项研究将有助于他们研究血液病的新疗法。

研究负责人和新南威尔士大学教授梅林·克罗斯利(Merlin Crossley)说：“表观遗传学着眼于DNA上非永久性获得的化学标记如何确定特定基因是否表达。”

该领域引起了公众的广泛关注，因为它解释了这些获得的特征(由饮食，压力，衰老和正常发育等因素引起的DNA化学修饰)如何影响我们的基因。

Crossley教授说：“甚至有人认为，与基因输出的非永久性变化有关的某些特征可以世代相传，因此我们可以从父母那里继承它们，并将其传给我们的孩子。”

“例如，新南威尔士大学玛格丽特·莫里斯教授小组的较早研究表明，雄性小鼠的代谢健康和肥胖是如何通过表观遗传途径传给后代的，并影响了他们患糖尿病的风险，尽管这种影响在人类中的重要性尚不确定。”

尽管引起了人们的广泛关注，但关于DNA上的化学标记进而影响基因表达的机制知之甚少。

Crossley教授说：“将DNA视为晾衣绳，将后生化学标记视为钉子，并将调节蛋白结合到特定的DNA序列并控制哪些基因开启或关闭，就像想坐在晾衣绳上的鸽子一样。”

“如果线被钉子覆盖，鸽子将无法着陆。我们用小鼠观察了血液中的一个关键基因，并对其进行了改变，使其具有或没有钉子，并发现该基因决定了一个基因调节蛋白可以结合并关闭该基因，该基因一直存在直到钉被去除。

简而言之，我们的研究表明，甲基化是一种向DNA中添加诸如表观遗传学标记之类的甲基的生物过程，可以影响该蛋白在基因表达中的结合和活性。人们长期以来一直怀疑这种情况，但具有具有一个标记和一个DNA结合蛋白的坚实基础为您提供了构建所需的组件。”

潜在应用：新的遗传开关

科学家们说，他们的工作对于理解表观遗传学如何在分子水平上起作用以及在血液发育过程中如何协调基因表达非常重要，特别是在称为分化的过程中，非专业的血液干细胞变成了特殊的细胞类型，例如红血球。细胞。

“当血液干细胞分化为红细胞时，DNA上的表观遗传标记(在这种情况下为甲基化)发生变化。在分化过程中的某个时刻，去除这些标记可以关闭某些基因，而另一些则可以打开如果您不希望打开基因，则添加甲基可以锁定其当前的表达水平，” Crossley教授说。

这项工作还提出了设计新遗传开关的方法。

Crossley教授说：“有些基因对甲基化敏感，而另一些则不然。”

“定义开关的精确组成部分，使研究人员能够设计新的基因表达开关，以检测基因的表观遗传状态，或生成对表观遗传基因控制有抗性或反应性的基因。

“了解表观遗传学不仅可以帮助我们了解正常的基因生物学，而且还可以了解为什么通常会关闭基因治疗载体，以及如何使它们保持开启状态，以及如何关闭诸如病毒基因之类的其他基因。”

由于CRISPR介导的基因编辑技术的发展，这项工作才成为可能。这项技术可以让科学家修改活生物体的基因组。

克罗斯利教授说：“许多人怀疑表观遗传标记直接影响基因调节蛋白的结合，但直到最近，才可能改变单个DNA序列并在适当的生物系统中测试其效果。”

“在这种情况下，我们与现在在麦格理(Macquarie)的拉尔斯·伊特纳(Lars Ittner)的团队合作，在悉尼新南威尔士大学(NSW Sydney)修改了小鼠，并能够证明单一变化如何影响基因输出。”

在未来的研究中，科学家们希望使用该技术来研究球蛋白基因的表观遗传沉默，以期逆转这种疗法来治疗终身血液疾病，例如镰状细胞性贫血和地中海贫血。

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