Nature最新发现颠覆了几十年来关于DNA复制的假设

来源：作者：人气：-发表时间：2024-08-30 09:45:00【大中小】

摘要：日本理化学研究所生物系统动力学中心(BDR)的研究人员的一项新发现颠覆了几十年来关于DNA复制的假设。

日本理化学研究所生物系统动力学中心(BDR)的研究人员的一项新发现颠覆了几十年来关于DNA复制的假设。

Ichiro Hiratani及其同事在8月28日发表在《自然》(Nature)杂志上的实验表明，早期胚胎的DNA复制与过去的研究结果不同，其中包括一段不稳定时期，这段时期容易出现染色体复制错误。由于妊娠失败和发育障碍通常与染色体异常有关，这一发现可能会影响生殖医学领域，也许会带来体外受精(IVF)方法的改进。

图1 DNA复制定时程序出现时胚胎基因组的不稳定性

在胚胎发生过程中，最初的受精卵分裂，每一组新的子细胞也分裂。到受精后的第三天，胚胎经历了三次分裂，含有16个细胞。每次细胞分裂都伴随着DNA复制，确保每个子细胞都包含整个基因组的拷贝。

在RIKEN BDR研究小组的新研究中，研究人员开始描述早期胚胎中DNA复制过程的性质。他们使用自制的单细胞基因组技术，称为scRepli-seq，并将其应用于发育小鼠胚胎。利用这项技术，该团队能够在DNA复制期间的不同时间拍摄单个胚胎细胞DNA的快照。他们的发现与科学家们对胚胎中DNA复制的假设相矛盾。

Hiratani说:“我们在小鼠早期胚胎发育过程中发现了多种特殊类型的DNA复制，这是以前没有人见过的。此外，我们还发现，在某些时候，基因组DNA会暂时不稳定，染色体畸变会增加。”

教科书告诉我们，DNA 并不是一次性复制完成的。相反，染色体的不同区域会按照特定的顺序进行复制。

该团队的第一个发现是，在成熟细胞中观察到的复制时序域直到胚胎有4个细胞时才存在。这意味着与最终身体中的其他细胞不同，DNA在1细胞和2细胞胚胎中是均匀复制的，而不是按顺序复制的。每当染色体的一部分展开复制时，DNA区域就会展开，形成一个看起来像岔路口的结构。为了继续复制，分叉必须沿着DNA链向下移动，重新压缩被复制的区域，并解压缩下一部分。

研究小组的第二个发现是，在胚胎发生的第1、2和4个细胞阶段，分叉的速度比8个细胞阶段要慢得多。4细胞胚胎现在可以看作是一个过渡阶段，在此期间，统一的DNA复制变得顺序，同时仍然表现出1细胞和2细胞胚胎缓慢的叉运动特征。相比之下，8细胞胚胎更类似于成熟细胞，表现出顺序复制和快速分叉运动。在受精后的最初几天里，DNA复制的错误经常导致染色体不规则，如额外的拷贝、缺失的拷贝、拷贝断裂或不完整的拷贝。其中一些复制错误会导致流产，而另一些则会导致发育障碍，如唐氏综合症，也被称为21三体。