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美國紐約大學(xué)研究人員利用新的合成DNA技術(shù)和干細(xì)胞基因工程，創(chuàng)造了人工Hox基因，其能規(guī)劃和指導(dǎo)細(xì)胞去哪里發(fā)育組織或器官。近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的該項發(fā)現(xiàn)，證實了Hox基因簇如何幫助細(xì)胞學(xué)習(xí)并記住它們在體內(nèi)的位置。
幾乎所有的動物，從人類到鳥類再到魚，都有前后軸或一條從頭到尾的線。在發(fā)育過程中，Hox基因就充當(dāng)了建筑師，確定細(xì)胞沿軸移動的“計劃”，以及它們構(gòu)成的身體部位。
如果Hox基因因錯誤調(diào)節(jié)或突變而失敗，細(xì)胞可能會丟失，從而影響某些癌癥、出生缺陷和流產(chǎn)的出現(xiàn)。美國紐約大學(xué)生物學(xué)副教授、該研究的共同資深作者伊斯特班·馬佐尼說，如果不了解Hox基因，人們就無法了解發(fā)育或疾病。
盡管它們在發(fā)育中很重要，但Hox基因的研究具有挑戰(zhàn)性。它們緊密地組織成簇，而且在它們被發(fā)現(xiàn)的DNA片段中只有Hox基因，周圍沒有其他基因，科學(xué)家稱之為“基因沙漠”。雖然基因組的許多部分都有重復(fù)元素，但Hox簇沒有這樣的重復(fù)。這些因素使它們獨一無二，難以通過常規(guī)基因編輯進行研究。
此次，研究人員通過復(fù)制大鼠Hox基因的DNA制造了長鏈合成DNA，然后研究人員將DNA輸送到小鼠多能干細(xì)胞內(nèi)的精確位置。使用不同的物種使研究人員能夠區(qū)分合成的大鼠DNA和小鼠的天然細(xì)胞。
借助小鼠干細(xì)胞中的人工Hox DNA，研究人員現(xiàn)在可探索Hox基因如何幫助細(xì)胞學(xué)習(xí)和記住它們的位置。在哺乳動物中，Hox簇被控制激活Hox基因的調(diào)節(jié)區(qū)域所包圍。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些基因密集簇包含了細(xì)胞解碼位置信號并成功記住它所需的所有信息。這表明Hox簇的緊湊性質(zhì)有助于細(xì)胞了解它們的位置，從而證實了關(guān)于Hox基因的長期假設(shè)。
【總編輯圈點】
不同物種具有不同的結(jié)構(gòu)和形狀，但有一點是相似的，那就是一條“軸”。Hox基因確保了器官和組織沿“軸”的正確位置發(fā)育。這也意味著，動物中的絕大多數(shù)的形態(tài)，要取決于Hox簇如何表達(dá)。更好地了解Hox簇可能有助于人們了解神秘的內(nèi)部系統(tǒng)是如何適應(yīng)和修改以“制造”出不同動物的，同時，合成DNA和人工Hox基因的創(chuàng)造，也為未來研究動物發(fā)育和人類疾病鋪平了道路。
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