Nature令人着迷的新发现：DNA复制时序
摘要：复制遗传信息的复杂过程被称为DNA复制，是一个精心安排的分子事件序列，必须在正确的时间发生。
复制遗传信息的复杂过程被称为DNA复制，是生命从一个细胞传递到另一个细胞、从一个生物体传递到另一个生物体的核心。这不仅仅是简单的复制遗传信息，还是一个精心安排的分子事件序列，必须在正确的时间发生。来自慕尼黑亥姆霍兹大学的Maria-Elena Torres-Padilla教授研究组最近发现了这个过程的一个迷人之处，即“复制时序”(RT，replication timing)，以及生命开始时这一过程的特殊性。新的研究结果发表在《自然》杂志上。
DNA复制时序(RT)过程指的是遗传密码不同区域复制的特定时刻。来自慕尼黑亥姆霍兹大学表观遗传学和干细胞研究所的研究人员采用一种名为 "Repli-seq "的技术，深入研究RT与细胞适应性(即细胞可塑性)之间的密切关系。有趣的是，他们还发现了RT与基因如何在细胞核内折叠成三维结构之间的新关系。
图1 哺乳动物早期发育过程中复制时机的出现
研究人员从胚胎的最早阶段——受精卵（生物体生命的最初阶段）开始，绘制了一张从单细胞阶段到胚胎植入母体子宫阶段的RT图谱，该阶段被称为囊胚。
出乎意料的发现是，单细胞胚胎中的RT并不是很有序，这表明基因组复制在这些早期细胞中非常灵活。然而，在4细胞期之后，RT变得更加明确。这是一个渐进的过程，反映了DNA和相关蛋白质（即所谓的染色质标记）逐渐获得修饰，染色质标记表明基因的活性和细胞功能的重要性。
该研究的通讯作者Maria-Elena Torres-Padilla进一步解释说:“这很了不起，因为这告诉我们这些早期胚胎细胞具有非常‘可塑性’的基因组复制程序。因为这些早期细胞是全能的，也就是说，它们可以创造出我们身体里的每一个细胞。我们认为，我们在这项研究中发现的是这些细胞如此出色地能够产生整个身体的原因之一。”
同时，关于DNA复制的新发现可以作为重新编程细胞的工具。该研究的第一作者Tsunetoshi Nakatani博士补充说:“我们可以设想通过将其RT程序改变为更灵活的程序来改变细胞的身份。”
图2 RT在小鼠植入前发育过程中逐渐出现
研究结果进一步表明，RNA聚合酶，通常被称为负责读取遗传密码并将其转录成RNA的酶，有助于确定确切的RT程序，为将来如何能够操纵该程序提供一些线索。研究小组发现，基因组的三维结构首先形成，RT程序随之建立。这是一个令人兴奋的发现，因为它假设我们的基因组如何适应细胞核的三维空间影响RT程序的灵活性。
总之，DNA复制的时序是生命宏大叙事中令人着迷的一块拼图。它证明了基因复制的准确性是如何与早期胚胎细胞在我们体内产生其他细胞类型的能力密切相关的。随着研究人员继续探索这些联系，我们将更深入地了解生命在细胞与细胞、生物与生物之间传递的本质，以及是什么让细胞能够生成一个新的身体。
参考资料
[1] Emergence of replication timing during early mammalian development
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