科學家嘗試破解基因增強子之謎

　　 基因可能是細胞核中的主角，但如果沒有強有力的配角陣容，它們也將永遠無法發光。隨著DNA調控劑（增強子）的延展，將幫助基因在正確的時間和位置啟動。盡管研究人員像狗仔隊追蹤好萊塢明星一樣詳細調查了基因，增強子依然身處幕后，其工作原理仍然成謎。不過，近日舉行的遺傳學會議可能將改變現狀：研究人員描述了這些安靜的調停者在哪里以及如何發揮作用。

　　一個研究小組展示了增強子如何維持在對其他信號敏感的正確水平上，以便其僅在正確的時間和位置打開基因。其他人則探索了細胞如何包裹基因及其增強子，以便它們能恰當合作以及DNA如何形成環路，從而將正確的增強子帶給靶基因。這些進展有助于探索基于這些調控因子的治療策略，關閉生病基因和調大健康基因。

　　“我們已經討論了（增強子）很長時間。”瑞士巴塞爾弗雷德里希米歇爾生物醫學研究所所長Susan Gasser說，“但現在我們才真正開始理解它們。”

　　當轉錄因子和其他蛋白質綁定在增強子DNA的特殊位置時，增強子就會打開基因。通過胡亂修補一個增強子的序列，美國加州大學伯克利分校的Michael Levine和同事發現，原則上，增強子可能對能激活自身的信號更靈敏。他們研究了Otx基因的增強子，該基因作用于神經系統發育。

　　這種Otx增強子能吸引兩個蛋白質，每個都使用一個不同的4堿基序列作為著陸點。在Levine的實驗室，Emma Farley隨機改變了這些蛋白質結合位置外面的堿基。她制作了Otx增強子的約100萬個變種，并將每個變種與充當身份識別“條碼”的其他序列和一個報告基因連接。一種名為海鞘的海洋無脊椎動物可以僅通過溫和電擊提取DNA，因此研究人員能容易地制作數千個與各種增強子結合的轉基因海鞘胚胎。

　　他們發現，增強子能出現相當多的變化，并仍能起作用：約10萬變體產生了可檢測的增強子活性，并且與原始序列相比，2萬變體表現出了更強或更一致的表達。Levine報告指出，這2萬增強子變體中最活躍的擁有一個特殊的DNA模式——每個蛋白質結合點的兩側有相同的堿基。

　　最初，他對原始Otx增強子沒有相同且似乎是最佳的側翼堿基感到迷惑不解。但進一步研究顯示，“最佳”增強子實際并非最好：它會在錯誤組織中不適當地打開Otx。Levine表示，在自然界，“這個增強子是故意的”。“（結合）水平和特異性之間存在一個交易。”他指出，可能會被離群蛋白質分子激活的一觸即發的開關，當其應該開啟時卻無法開啟，將為生物體帶來風險。

　　但細胞還有第二個策略，以確保增強子適當運行：將它們與目標基因緊密地“打包”在一起。3年前，馬薩諸塞大學醫學院生物學家Job Dekker等人報告稱，有證據顯示，增強子—基因連接并非無序分散的，而是出現在“拓撲結合網絡”（TAD）中。他們預計，每個TAD包含少量基因和幾十個增強子。

　　不過，這一理論面臨諸多質疑，于是Dekker研究了CFTR基因。在囊胞性纖維癥患者體內，這一基因會發生突變。在該團隊研究的5種細胞類型中，編碼一個離子通道的該基因，會與不同的增強子相互作用。在每種情況下，增強子和基因全被發現于染色體相同的延伸位置。

　　Dekker 等人表示，TAD可能是限制基因暴露給錯誤增強子引發的偽激活作用的方式之一，或者它們將有助于確保需要工作的基因同步工作。Levine指出，無論哪種方式，逐漸清晰的是，TAD“是基因組結構和功能的最基本單元”。

　　這仍留下了一個幾何學問題：在一個TAD中，增強子和目標基因通常相距一定距離，那么它們是如何聚到一起的？答案似乎是，在TAD 內的DNA環路會將增強子和基因并置。例如，Dekker發現，5個被研究的細胞類型中有3個能激活CFTR，但是激活作用發生在不同時間和不同條件下，并且形成不同的環路將適當增強子帶給基因。

　　另外，費城兒童醫院生物學家Gerd Blobel也報告了其利用修飾基因—增強子環路治療鐮狀細胞性貧血的進展。在這種疾病中，產生攜帶氧氣的蛋白質絡合物血紅蛋白的一個亞組的基因存在缺陷，從而引發紅細胞畸形。但身體內還有另一種僅在胎兒發育期活躍的血紅蛋白。而數個治療策略主要致力于提高胎兒血紅蛋白的產生。

　　去年，Blobel研究組報告了他們通過更改名為LCR的增強子與成人血紅蛋白基因相連接的環路，下調成人血紅蛋白的產生和推動胎兒血紅蛋白的增加。Blobel 解釋道：“這不是傳統的基因療法和基因修正,而是編輯基因組的折疊方式。”

　　Blobel在會上表示，與激活胎兒血紅蛋白的藥物治療相比，該療法毒性較低。目前，該研究小組已經開始在攜帶人類球蛋白基因的轉基因小鼠體內測試該方法。但要消除人們對增強子回路重要性的質疑，該研究還有很長的路要走。“我們已經花費數年時間試圖證實環路真實存在。”賓夕法尼亞大學分子生物學家Kenneth Zaret說。