科學家突破性發現：DNA與RNA表觀遺傳學的協同作用

科學家們最近揭開了一種全新的基因調控機制，這可能徹底改變我們對「表觀遺傳學」的理解。表觀遺傳學是一種不改變DNA序列本身的DNA修飾形式，它透過化學基團附著於特定基因來開啟或關閉這些基因，或者改變染色體的3D結構。

在1月17日發表於《細胞》期刊的研究中，科學家發現了一種全新的基因調控方法，涉及同時對DNA及其分子近親RNA進行表觀遺傳學的微調。這項發現挑戰了過去認為DNA和RNA表觀遺傳學是獨立運作的觀點。

表觀遺傳修飾的一種常見型別是甲基化，這描述了將稱為甲基基團的分子新增到DNA或組蛋白（DNA纏繞的蛋白質，使其更緊湊並適合進入細胞核）的過程。一種名為DNMT1的蛋白質將這些分子新增到DNA中，其活性可以根據特定基因的甲基化位置來調節基因表達。

近年來，研究人員還發現RNA（一種將DNA的指令傳遞到細胞中以製造蛋白質的分子）也可以被修飾。這主要由一種名為METTL3-METTL14的蛋白質複合物完成。這種甲基化可以破壞RNA分子的穩定性，減少蛋白質的生成量。

在這項研究中，科學家們觀察了小鼠胚胎幹細胞，並在細胞發育過程中繪製了DNA和RNA甲基化的位置。他們發現數千個基因及其互補的RNA分子都含有甲基化標記。透過進一步的實驗，研究團隊發現與RNA相互作用的METTL3-METTL14複合物也招募並物理結合到標記DNA的蛋白質DNMT1。這種新的、更大的複合物可以在DNA或RNA水平上甲基化相同的基因。這使得細胞在細胞分化過程中進一步微調其基因調控——這是一個幹細胞假設特定身份，例如成為心臟或肺細胞的過程。

「為什麼細胞不會將DNA的表觀遺傳修飾和RNA的表觀遺傳修飾連線起來呢？」研究共同作者、比利時ULB癌症研究中心主任François Fuks表示。「我們的研究顯示了DNA甲基化和RNA修飾之間以前未曾見過的直接聯絡。」

根據Fuks的說法，這項研究確實有一些侷限性，主要是它主要集中於胚胎幹細胞的分化。在過去的研究中，DNA和RNA修飾在幹細胞中已經被很好地描述，因此研究人員從它們開始是有意義的。但這些相同型別的DNA和RNA修飾存在於所有型別的細胞中。「看到這一點，[這種機制]不太可能僅存在於胚胎幹細胞中，」Fuks說。

這項發現挑戰了這些RNA和DNA修飾過程完全分離的既定觀點，並表明它可能在人類生物學和疾病中具有更廣泛的影響。為此，Fuks和他的團隊正在努力確定這種新機制與癌症的關係。如果DNA和RNA表觀遺傳學的協調被打亂，你可能會得到過多或過少的蛋白質，Fuks建議。「現在，一個關鍵蛋白質將以過高的水平表達，」他說。「這可能對細胞有害，並有助於腫瘤形成。」

已經有批准的療法可以抑制DNA的甲基化，並且有一個早期階段的臨床試驗正在測試RNA甲基化抑制作為癌症治療。Fuks和他的團隊正在測試結合這些現有療法以改善患者結果的潛力。來自他們實驗室研究的初步資料暗示這種策略可能對白血病患者有用。至少在培養皿中，「我們可以透過將這兩種藥物一起新增來逆轉白血病細胞的癌症進展，」Fuk說。「最終，為什麼我們不能結合這兩種藥物來治療患者呢？」