研究人员发现发育基因的微妙舞蹈

人类基因组图谱之后的快速科学进步揭示了遗传学世界的复杂程度。我们现在知道蛋白质不仅是基因的产物，而且它们还与基因相互作用，影响和调节它们的表达节律。一个典型的例子是转录因子，它开始将基因从 DNA 转录成 mRNA——这是制造蛋白质的第一步。

但是基因如何“知道”何时开启、制造什么以及何时停止?它们如何作为复杂分子机制的一部分工作，而不会与附近的其他基因混淆?这些问题促使 Denis Duboule 教授开展一项新研究，他在 EPFL 和日内瓦大学管理研究小组。他们的工作现在发表在Genes & Development 上。

该实验室的 Rita Amandio、Leo Beccari 和他们的同事对一种称为 CTCF 的特殊锌指蛋白感兴趣，这种蛋白很特别，因为它确实是一种多功能蛋白;根据细胞的需要，它可以开启基因转录，也可以抑制它。

在基因组上，有 CTCF 可以结合的特定位点，这些位点在细胞核中作为染色质的 DNA 包装中起着重要作用。但让研究人员感兴趣的是，CTCF 及其结合位点还可以阻断被称为基因启动子和基因增强子的短 DNA 序列之间的通讯。增强子是激活蛋白结合以增加基因转录可能性的地方;启动子是转录因子结合以启动该过程的地方。

研究人员使用基于 CRISPR/Cas9 技术的策略来破坏 CTCF 与基因组结合的五个连续位置，以控制称为 HoxD 簇的基因家族的激活。这些基因编码的蛋白质在哺乳动物胚胎发育过程中对组织结构很重要。转录因子也是高度保守的，这意味着它们在脊椎动物物种之间没有显着差异。

该研究表明，Hox 簇内的 CTCF 结合位点对于增强子能够选择正确的靶基因亚组是必要的，特别是如果这些增强子远离并且不在附近作为它们的靶基因。

但研究发现，鉴于 CTCF 的双重功能，并非其所有结合位点都起到促进基因激活的作用，有些结合位点对基因转录具有抑制作用。这两种作用似乎取决于基因起作用的组织类型，这意味着一些 CTCF 结合位点可以在不同的组织中表现出相反的活性。