新技術可構建細胞發育指導基因

科技日報北京6月30日電 （記者張夢然）美國紐約大學研究人員利用新的合成DNA技術和幹細胞基因工程，創造了人工Hox基因，其能規劃和指導細胞去哪裏發育組織或器官。近日發表在《科學》雜誌上的該項發現，證實了Hox基因簇如何幫助細胞學習並記住它們在體內的位置。

幾乎所有的動物，從人類到鳥類再到魚，都有前後軸或一條從頭到尾的線。在發育過程中，Hox基因就充當了建築師，確定細胞沿軸移動的“計劃”，以及它們構成的身體部位。

如果Hox基因因錯誤調節或突變而失敗，細胞可能會丟失，從而影響某些癌症、出生缺陷和流產的出現。美國紐約大學生物學副教授、該研究的共同資深作者伊斯特班·馬佐尼説，如果不瞭解Hox基因，人們就無法瞭解發育或疾病。

儘管它們在發育中很重要，但Hox基因的研究具有挑戰性。它們緊密地組織成簇，而且在它們被發現的DNA片段中只有Hox基因，周圍沒有其他基因，科學家稱之為“基因沙漠”。雖然基因組的許多部分都有重複元素，但Hox簇沒有這樣的重複。這些因素使它們獨一無二，難以通過常規基因編輯進行研究。

此次，研究人員通過複製大鼠Hox基因的DNA製造了長鏈合成DNA，然後研究人員將DNA輸送到小鼠多能幹細胞內的精確位置。使用不同的物種使研究人員能夠區分合成的大鼠DNA和小鼠的天然細胞。

藉助小鼠幹細胞中的人工Hox DNA，研究人員現在可探索Hox基因如何幫助細胞學習和記住它們的位置。在哺乳動物中，Hox簇被控制激活Hox基因的調節區域所包圍。

研究人員發現，這些基因密集簇包含了細胞解碼位置信號併成功記住它所需的所有信息。這表明Hox簇的緊湊性質有助於細胞瞭解它們的位置，從而證實了關於Hox基因的長期假設。

【總編輯圈點】

不同物種具有不同的結構和形狀，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”的正確位置發育。這也意味着，動物中的絕大多數的形態，要取決於Hox簇如何表達。更好地瞭解Hox簇可能有助於人們瞭解神秘的內部系統是如何適應和修改以“製造”出不同動物的，同時，合成DNA和人工Hox基因的創造，也為未來研究動物發育和人類疾病鋪平了道路。