ELISA試劑教恁突變是怎樣來的

幾年前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在我們自己的細(xì)胞中有一個重要突變原：APOBEC，這個蛋白的功能通常是作為保護(hù)劑對抗病毒感染。近期，瑞士和俄羅斯的一個科學(xué)家小組在瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）遺傳學(xué)家Sergey Nikolaev的帶領(lǐng)下發(fā)現(xiàn)， APOBEC能夠利用我們DNA復(fù)制過程中的一個弱點(diǎn)，來誘發(fā)我們基因組中的突變。DNA復(fù)制機(jī)器每復(fù)制10,000 -100,000 bp就會犯個錯誤，這個錯誤如果不校正就會成為基因組突變。研究者們幾十年來一直想知道，這些貌似隨機(jī)的錯誤是如何產(chǎn)生的。2015年，研究人員觀察到了這種極微小的堿基改變。在短短一瞬間，發(fā)生改變的堿基看起來像是另一個堿基。這種“量子悸動”（quantum jitter）現(xiàn)象極為罕見，存在的時間也極短，但卻會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

細(xì)胞每一次分裂都需要復(fù)制DNA，而DNA會在這一過程中慢慢發(fā)生變化。基因組中的DNA突變并不是隨機(jī)發(fā)生的，但人們還不清楚這背后的具體機(jī)制。尋找DNA突變的來源，不僅有助于理解進(jìn)化過程，也和人體健康密切相關(guān)。2015年，愛丁堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新技術(shù)，emRiboSeq。emRiboSeq能繪制DNA聚合酶在整個基因組上的分布圖，幫助人們更好的理解DNA復(fù)制和DNA突變。

當(dāng)細(xì)胞同時在進(jìn)行DNA復(fù)制及將它的遺傳密碼翻譯為蛋白質(zhì)之時，從事復(fù)制工作的分子機(jī)器與將DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA密碼子的分子機(jī)器會隨著各自的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄進(jìn)程，沿著同一DNA雙鏈向前移動。有時候復(fù)制和轉(zhuǎn)錄朝著同一方向進(jìn)行，而有時候復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程會遭遇碰撞。研究人員確定了，這些碰撞大大有助于突變的發(fā)生。

研究人員們首先開發(fā)了一種實(shí)驗(yàn)室檢測方法，使得我們能夠在枯草桿菌中檢測一個特定基因中廣泛的突變。在某些細(xì)菌中，我們導(dǎo)入了這一基因使得復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程朝著同一方向進(jìn)行。在另一些基因中我們改造了這一基因使得復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程正面相撞。研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄朝著正面相撞的路徑定向時，突變率高于它們的路徑沿著同一方向時。此外，大多數(shù)由復(fù)制轉(zhuǎn)錄沖突引起的突變都是在基因啟動子區(qū)域的插入/缺失或替換，這一區(qū)域控制了基因表達(dá)。大多數(shù)人一直在編碼蛋白質(zhì)的DNA序列中尋找突變，但在這篇文章中我們發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)的調(diào)控元件——啟動子非常易于發(fā)生突變。面對面的轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制促成了這種易感性。

啟動子控制了基因的轉(zhuǎn)錄程度；例如，啟動子中的一些特殊突變可以增加或減少蛋白質(zhì)的生成，或*沉默它們。這些基因表達(dá)遺傳改變有可能影響生物體的健康。我們確定的突變機(jī)制不僅適應(yīng)于我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而有可能促成了從細(xì)菌到人類在全基因組范圍內(nèi)改變基因表達(dá)的突變。