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eLife:为什么只有X染色体能招募剂量补偿蛋白

2017.6.05

  对许多动物来说,雌性有两条X染色体,雄性只有1条。为了确保雌性动物X染色体上的蛋白质编码基因的正确表达,而不是多表达1倍剂量,雌性动物们采取了剂量补偿(dosage compensation)措施来纠正这种不平衡性。不同物种的该过程机制有所不同,但它们通常都涉及到一种监管复合体,它们与一条X性染色体绑定,修改这条染色体上的基因表达。

  有两条X染色体的秀丽隐杆线虫(caenorhabditis elegans)是雌雄同体(hermaphrodites),有1条X染色体的是雄性。线虫的监管复合体被称作剂量补偿复合体(dosage compensation complex,DCC)。在雌雄同体个体中,它黏附在两条X染色体上,让每条染色体上基因的表达量减半,从而让整体的基因表达水平与雄性个体相当。

  之前的研究表明,一些被称作模块(motifs)的DNA短序列,可以将DCC招募至染色体上。但是有一个问题:这些motifs在其他染色体(非X染色体)上也有,为什么剂量补偿复合体却只与X染色体结合呢?

  如今,来自纽约大学生物系的科学家们向我们阐明了X染色体的有层次的招募系统。

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科学家们使用高分辨率ChIP-seq分析研究DNA与蛋白质相互作用,定义DCC募集点

  X染色体的一些位点包含成簇的一种特异性DNA motif,这些部位比其他位点更强烈地吸引着剂量补偿复合体,是启动该过程的关键。

  这些强募集点分布在整条X染色体上,它们之间穿插着一些弱募集点。非性染色体只有1-2个强募集点。多个强募集点通过长距离地协同工作,招募DCC,而非性染色体缺乏这种优势。

  有层次的结构和协同效应可能是基因表达的一般特征,这样,蛋白质的结合就不需要染色体上每个募集点都含有特异motif。

  “DCC是发育的必须要素,突变的DCC能抑制基因组活性,具有致癌和致病威胁。然而,之前我们并不清楚它的作用机制,我们的这项研究揭开了它的绑定机制。”纽约大学生物系副教授、本文通讯作者Sevinc Ercan解释道。

  Ercan说:“通过了解基因组正确行使功能的机理,使我们对异常情况能有更清晰的理解,让解决异常的思路更加清晰。”

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