来自康奈尔大学应用与工程物理学院(School of Applied and Engineering Physics),分子生物学与遗传性学系的研究人员发现基因转录的分子机器——将DNA片段的信息通过精巧的机制转换成mRNA链——在细胞核的特殊“转录制造厂”并不是固定的。相反,RNA合成酶II(RNA polymerase II,Pol II)和其它关键分子能在一个活性基因位点处组装,无论这个基因处在什么位置。
这项研究由分子生物学与遗传学专家John T. Lis领导完成,文章第一作者是康奈尔大学在读博士姚杰(Jie Yao,音译),参与研究的还包括应用物理学教授Watt W. Webb,这一研究成果公布在12月28日的《分子细胞》(Molecular Cell)杂志上。
利用一种新技术——多光子显微(Multiphoton microscopy)技术(这种技术由Webb发展出来),能获得活体高精度3D成像,研究人员观测了多线染色体(polytene chromosome),这种染色体是由核内DNA多次复制产生的子染色体平行排列, 且体细胞内同源染色体配对, 紧密结合在一起,从而阻止了染色体纤维进一步聚缩, 形成体积很大的由多条染色体组成的结构。
研究人员激活了热激基因——用于保护细胞免受温度突然增高的伤害,之后从转录一开始就实时追踪这些基因,并且研究人员也用荧光标记标记了Pol II,用以追踪其在细胞核中的移动情况。
一些报道认为活性基因会移动到一个特殊的细胞核位置进行转录,但是在这篇研究论文中,康奈尔的研究人员认为基因的活性并不依赖于特定的位点,即所谓的“转录制造厂”。
Lis表示,“在转录过程中,基因会解开,被聚合酶结合,但是他们并不会在一个单一的地方聚集”,相反,转录机器无论其位于细胞核的何处,都能在called-upon位点组装。
为了验证这一研究结果不仅适用与多线染色体,也适用于正常染色体,研究人员又利用了一种称为荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization)的技术,这种技术可以帮助研究人员追踪组装好的细胞染色体中的特殊DNA序列。
在对共调控热激蛋白(即同时转录的基因)位点的研究过程中,研究人员发现在热激基因还没有相互靠近之前,不同位点的共调控基因会在热激之后相互配对,而在多线染色体中,基因并不会移动到转录的某一单一位点。
进一步,研究人员利用光脱色荧光恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching FRAP)发现随着时间推移,Pol II开始随着活性基因新形成的“小室”循环工作。
目前Lis等人正在寻找转录过程中的其它分子,检测是否具有相同的机制,“我们希望能发现体内新的途径,了解基因如何进行调控的。”(来源:生物通 张迪)
(《分子细胞》(Molecular Cell),Vol 28, 978-990, 28 December 2007,Jie Yao,John T. Lis)