上个世纪,人们发现细胞染色体是由DNA缠绕在蛋白质上组成的,而DNA是遗传基因的载体。
此后,DNA逐渐成为了研究的主角,而染色体里的蛋白质却被逐渐淡忘。
然而,如果这些蛋白质没什么作用,生物体为什么还要费很大的心思来维护它们呢?“事出反常必有妖”,科学家们认为,染色体上的蛋白质一定还藏着很多秘密。
日前,中国科学院深圳先进技术研究院甘海云研究员的一项研究,为我们揭示了染色体中的组蛋白在胚胎细胞发育过程中的神秘作用。
整个科研过程就如侦探小说一般,推理和细节都拉满!那么,这些蛋白质到底发挥了怎样的作用呢?我们的故事,要先从一段小剧场开始。
看似没用,也要平均分配!病榻上,一位老者将他的两个儿子叫到床前,指着一堆盒子对他们说道:“孩子们,这是我穷尽一生攒下的100对金项链,为了体现公平,现在完全平均地分给你们。
”于是老人派仆人将包装盒一一打开,将每对项链中的一条分给一个儿子,另一条分给另一个儿子。
两个儿子每人获得了100条项链,笑着站起身来刚要走,这时老者突然叫住了他们:“先别走!”回头喊出两个仆人:“小梅,小珀!你们两个把这些包装盒分给两位公子,记住,一定要平均分配!不然……”话没说完,老人便与世长辞了。
众人纳闷:“这些不就是很普通的首饰盒吗?而且还是已经用旧了的,有什么用呢?为什么还要平均分呢?难道……”这段小剧场,描绘的是细胞DNA复制时的一个场景。
在真核细胞中,DNA不是裸露地存在于细胞核中的,而是缠绕在一种被称为组蛋白的蛋白质上,就好像项链要收纳在首饰盒里一样。
DNA缠绕在组蛋白上,进行进一步折叠压缩之后,就形成了染色体。
DNA复制时,先将染色体一点点解开,把缠绕在里面的旧组蛋白拿掉放在一边,然后有专门的“仆人”(一系列酶)将DNA复制成两份,然后再将复制出来的DNA重新“收纳”到组蛋白上。
此时,那些旧的组蛋白显然不够用了(因为DNA变成了双份,所以需要多一倍的组蛋白来装载),需要新合成一些来用;按照常理来说,新旧组蛋白反正都是组蛋白,混着用也应该没什么大不了的。
但是中国科学院深圳先进技术研究院的甘海云研究员此前在研究中发现,细胞在这个过程中特地安排了两个蛋白质“仆人”——mcm2和pole3/pole4(“小梅”和“小珀”),让他们两人盯着那些旧的组蛋白,小珀负责将旧组蛋白传递给“大儿子”(前导链),小梅负责将旧组蛋白传递给“小儿子”(后随链),确保这些“旧首饰盒”能够平均分配给两条子代染色体。
图1 DNA复制耦联的亲代组蛋白表观信息传递(图片