在细胞中，DNA及其相关物质每隔一定时间就会复制，这是所有有机体必不可少的一个过程。这导致了从身体对疾病作出的反应到头发颜色在内的一切。DNA复制是在20世纪50年代后期确定的，但是从那以后，全球各地的研究人员都试图了解这一过程是如何精确地受到调节的。如今，科学家们知道了。
在一项新的研究中，来自美国佛罗里达州立大学的研究人员解开了一个存在了几十年的关于一种关键的细胞过程---DNA复制---如何受到调节以及这对未来的遗传学研究意味着什么的谜团。他们发现DNA分子中存在着控制DNA复制的特定位点。相关研究结果于2018年12月27日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Identifying cis Elements for Spatiotemporal Control of Mammalian DNA Replication”。论文通讯作者为佛罗里达州立大学分子生物学教授David Gilbert博士。论文第一作者为博士生Jiao Sima。
图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.11.036。
Gilbert说，“这真是一个谜。DNA复制似乎对我们试图干扰它的所有事情都很有弹性。我们已详细描述了它，发现它在不同细胞类型中发生变化，并且它在疾病中受到破坏。但是迄今为止，我们找不到控制DNA复制的控制元件或者说DNA序列。”
值得注意的是，Gilbert的教授职位是为了纪念前佛罗里达州教授J. Herbert Taylor。Taylor在20世纪50年代后期发现了不同的染色体片段如何进行复制，并发表了100多篇关于染色体结构和复制的论文。大约60年后，Gilbert确定了DNA复制如何受到调节。
Sima在实验室里与Gilbert一起工作，并在DNA分子上产生了将近一百个基因突变，希望看到某种更好地解释这种复制过程的工作原理的结果。Gilbert说，在遭受一系列挫折之后，他们在万般无奈下孤注一掷。
Gilbert和Sima以尽可能最高的三维分辨率研究了DNA的单个片段，并且看到DNA分子上的三个序列经常相互接触。这些研究人员随后使用一种先进的基因编辑技术CRISPR同时移除这三个区域。通过这样做，他们发现这三个区域一起是DNA复制的关键。
Gilbert 说，“移除这三个区域会导致DNA复制时间从这个过程的最初阶段转移到它的最后阶段。这个结果让人大吃一惊。”
除了对DNA复制时间的影响之外，移除这三个区域导致DNA分子的三维结构发生显著变化。
Sima说，“我们首次在基因组中精确确定了调控染色质结构和DNA复制时间的特定DNA序列。这些结果反映了一种可能的模型，即DNA如何在细胞内折叠以及这些折叠模式如何影响遗传物质的功能。”
更好地理解DNA复制是如何被调节的，开辟了遗传学研究的新途径。当DNA复制时间发生变化---正如Gilbert和Sima的实验所展现的那样---时，它能够完全改变细胞遗传信息的解释方式。
当科学家们应对DNA复制时间受到干扰的复杂疾病时，这可能成为关键信息。Gilbert说，“如果在不同的地方和时间发生进行DNA复制，那么这可能组装出一种完全不同的结构。细胞在不同的时间有不同的东西可用。改变DNA复制发生的时间会改变遗传信息的组装。”
参考资料：Jiao Sima et al. Identifying cis Elements for Spatiotemporal Control of Mammalian DNA Replication. Cell, Published online: 27 December 2018, doi:10.1016/j.cell.2018.11.036.
原标题：Cell：重磅！60多年秘密终破解！新研究揭示哺乳动物DNA复制机制