科学家发现了细胞分化的“开/关开关”的复杂性

一组生物学家发现了细胞在胚胎发育过程中是如何变得彼此不同的，这一发现为基因活动提供了新的见解，并对更好地理解疾病和出生缺陷的发生具有指导意义。

纽约大学生物系教授、发表在《分子细胞》(Molecular cell)杂志上的这篇论文的资深作者斯蒂芬·斯莫尔(Stephen Small)解释说:“多年来，科学家们已经知道，改变某个特定细胞的哪些基因会导致出生缺陷和癌症。”然而，这种激活的复杂性还不清楚。我们的研究结果揭示了胚胎发育过程是如何协调的。”

具体地说，之前的研究已经确定了数千个基因的启动子或“开关”。然而，这些研究并没有描述这些启动子是如何被激活的，留下了胚胎发育过程中细胞如何彼此不同的不清楚的基本方面。

分子细胞研究集中在一种名为驼背(hb)的基因上，这种基因使苍蝇胚胎头部的细胞与腹部的细胞不同。

纽约大学的生物学家们在一个叫做“hb启动子”的区域发现了hb的DNA序列密码，也就是基因的“开/关开关”。

斯莫尔解释说:“如果hb启动子开关被关闭，hb基因就会保持沉默，不会表达。”“然而，如果它被激活，基因就会产生自身的RNA拷贝，这是指定头部发育所必需的。”

具体地说，在胚胎中，hb启动子开关是由一种叫做Bicoid的蛋白质开启的，它与一种叫做“增强子”的不同DNA序列结合，该序列位于离hb启动子很远的地方。一旦与增强子结合，双类蛋白就会与hb启动子发生物理接触，随后启动子开关就会打开。

斯莫尔和他的同事利用了hb基因的一种特性，帮助阐明了这个过程:该基因有两个启动子，一个活跃的启动子对Bicoid有反应，另一个不活跃的启动子对Bicoid没有反应。

斯莫尔指出:“通过在非活性启动子和活性启动子之间精确地交换序列，我们发现，活性启动子包含两个短序列，这是对Bicoid响应所必需的。”“当我们对这些序列进行突变时，活跃的启动子被有效地关闭，而当我们将它们插入不活跃的启动子时，它被有效地打开。”

“复杂动物的身体包含许多类型的细胞，每一种细胞类型都是独特的，因为它开启了一组特定的基因，”他补充说。“这篇论文描述了在早期胚胎的某个特定区域，第一批细胞特异性基因之一是如何被激活的。”

这项研究由纽约大学博士研究生贾玲、助理研究员Kristaley Yui Umezawa和纽约大学本科生Theresa Scott共同完成，由美国国立卫生研究院资助(R01-GM51946)。