美國科學家在7月21日出版的《科學》雜志上撰文指出,他們找到了DNA的第7種、第8種堿基,并在人體胚胎干細胞和實驗老鼠器官染色體組的DNA中發(fā)現(xiàn)了這兩個堿基的蹤跡??茖W家們指出,最新發(fā)現(xiàn)對干細胞和癌癥研究非常重要。
幾十年來,科學家們一直認為DNA中只包含有4種堿基:腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶,這4種堿基已成為我們對基因代碼如何形成生命的認識的基礎。然而不久前,科學家們將堿基的數量擴展到了6種(第5種堿基:5-胞嘧啶甲基,第6種堿基:5-胞嘧啶甲基羥基)。
現(xiàn)在,北卡羅來納大學醫(yī)學院生物化學和生物物理學教授張毅(音譯)領導的研究(http://www.chemdrug.com/)團隊則表示,他們已經發(fā)現(xiàn)了DNA的第7種堿基5-胞嘧啶甲酰(5-formylcytosine)和第8種堿基5-胞嘧啶羧基(5-carboxylcytosine)??茖W家指出,最新的這兩種堿基實際上都是胞嘧啶經由Tet蛋白修改后得到的“變身”。Tet蛋白是一種分子實體,其在DNA脫甲基過程和干細胞重新編程方面起關鍵作用。
此前,科學家們已對第5種堿基有所了解——當一個化學標簽或甲基被固定到一個胞嘧啶上時,第5種堿基就會出現(xiàn)。這個甲基化作用同基因沉默有關,因為它會導致DNA的雙螺旋折疊得更加緊密。
去年,張毅團隊報告稱,在一個4步反應的第一步,Tet蛋白能將第5種堿基轉變?yōu)榈?種堿基,但他們沒有再接再厲,繼續(xù)進行該實驗,導致他們與第7種、第8種堿基“失之交臂”。
研究團隊最終發(fā)現(xiàn),問題不在于Tet沒有參與第二步和第三步,而是他們的實驗工具的敏感度不足以探測到兩種新堿基的存在。因此,他們重新設計了實驗并探測到了最新的兩種DNA堿基,并在人體胚胎干細胞和實驗老鼠器官染色體組的DNA中發(fā)現(xiàn)了它們的蹤跡。
張毅表示:“新堿基代表了DNA脫甲基過程中的一個中間狀態(tài)。通過去甲基化或重新激活DNA甲基化所沉默的腫瘤抑制基因,它們可能為干細胞重新編程和癌癥研究提供非常重要的信息。”
這項研究結果讓遺傳學的視野從4堿基跨越到了8堿基的時代,催生了生物化學研究的新領域:一方面,生物的遺傳密碼和基因與堿基數量高度相關,如按傳統(tǒng)4種堿基計算,人的DNA共有30億個遺傳密碼排列組成的20000多個基因,現(xiàn)在堿基數量成倍增加,先前的研究結果就需要修正;另一方面,盡管已經發(fā)現(xiàn)Tet蛋白能夠促使堿基轉化,但必須探索具體的轉化機理,才能真正對干細胞重新編程和癌癥研究發(fā)揮作用。
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