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DNA超螺旋:DNA结构本身参与基因组调控

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TOP2A 减轻负超螺旋

TOP2A 减轻了基因启动子的负超螺旋,从而导致 DNA 链的扭曲数量增加。这是螺旋连续打开的障碍,阻止了 RNA 聚合酶的推进,保持在准备好在需要时立即触发基因表达的准备状态。来源:CNIO

DNA超螺旋是控制基因表达的重要因素,而不仅仅是细胞必须解决的附带损伤。

每个人体细胞中(拉伸时)两米长的 DNA 分子不断地被拆包并再次包装,以实现遗传信息的表达。当必须访问基因进行转录时,DNA 双螺旋展开并且链彼此分离,因此基因表达所需的所有元素都可以访问相关的 DNA 区域。这个过程导致需要解决的 DNA 超螺旋的积累。西班牙国家癌症研究中心 (CNIO) 拓扑和 DNA 断裂组负责人 Felipe Cortés 及其团队成员最近与塞维利亚大学教授兼癌症研究中心负责人 Silvia Jimeno González 合作发表了一项研究。 Centro Andaluz de Biología Molecular y Medicina Regenerativa (CABIMER) 的转录和 mRNA 处理组,揭示了 DNA 超螺旋参与调节基因表达,而不仅仅是像以前认为的那样是必须修复的附带损伤。研究结果发表在细胞报告

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“我们的结果帮助我们了解 DNA 超螺旋是控制基因表达的重要因素,而不仅仅是与 DNA 代谢相关的问题,”Cortés 说。

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这项研究表明,这种类型的调节主要发生在特定基因中,这些基因在几分钟内被大量激活(大约一百倍)以响应不同类型的刺激,如细胞应激、细胞分裂信号、激素或神经元激活.

TOP2A 和即刻早期基因表达的控制

揭开隐藏在DNA密码中的古老​​故事

科学家们发现,海洋无脊椎动物的基因组在很长一段时间内出奇地稳定。发表在《科学进展》上的这项新研究对远缘动物群进行了总体分析,包括海绵、水母、扇贝和与人类关系最密切的无脊椎动物,并发现它们的染色体非常相似。

拓扑异构酶是通过消除正超螺旋和负超螺旋来缓解 DNA 拓扑压力的蛋白质,即与其松弛状态相比,DNA 链的过度和不足缠绕。

该研究的作者表明,拓扑异构酶 TOP2A 减轻了基因启动子的负超螺旋,从而导致这些区域 DNA 链的扭曲数量增加。这是螺旋连续打开的障碍,阻止了RNA聚合酶的推进,保持在准备好在需要时立即触发基因表达的准备状态。

“拓扑异构酶被认为有助于基因激活,但我们的研究表明,TOP2A 作用于基因的启动子区域,如 c-FOS [其编码蛋白参与细胞增殖],使它们沉默并创造有助于快速激活以快速响应的拓扑环境。刺激,”科尔特斯说。

该研究的作者指出,超螺旋 DNA 可能具有其他功能,例如促进基因组的三维结构,从而使基因表达调节因子相互作用。

作为基因调控机制的 DNA 超螺旋可能与需要大量重新连接基因表达程序的基本生物过程特别相关,例如细胞分化或重编程,或肿瘤转化和进展。

“我们的工作为使用拓扑异构酶抑制剂作为这些过程和细胞反应的调节剂,甚至作为癌症治疗开辟了一条途径,”Cortés 补充道。

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