新技术可构建细胞发育指导基因

美国纽约大学研究人员利用新的合成DNA技术和干细胞基因工程，创造了人工Hox基因，其能规划和指导细胞去哪里发育组织或器官。近日发表在《科学》杂志上的该项发现，证实了Hox基因簇如何帮助细胞学习并记住它们在体内的位置。

几乎所有的动物，从人类到鸟类再到鱼，都有前后轴或一条从头到尾的线。在发育过程中，Hox基因就充当了建筑师，确定细胞沿轴移动的“计划”，以及它们构成的身体部位。

如果Hox基因因错误调节或突变而失败，细胞可能会丢失，从而影响某些癌症、出生缺陷和流产的出现。美国纽约大学生物学副教授、该研究的共同资深作者伊斯特班·马佐尼说，如果不了解Hox基因，人们就无法了解发育或疾病。

尽管它们在发育中很重要，但Hox基因的研究具有挑战性。它们紧密地组织成簇，而且在它们被发现的DNA片段中只有Hox基因，周围没有其他基因，科学家称之为“基因沙漠”。虽然基因组的许多部分都有重复元素，但Hox簇没有这样的重复。这些因素使它们独一无二，难以通过常规基因编辑进行研究。

此次，研究人员通过复制大鼠Hox基因的DNA制造了长链合成DNA，然后研究人员将DNA输送到小鼠多能干细胞内的精确位置。使用不同的物种使研究人员能够区分合成的大鼠DNA和小鼠的天然细胞。

借助小鼠干细胞中的人工Hox DNA，研究人员现在可探索Hox基因如何帮助细胞学习和记住它们的位置。在哺乳动物中，Hox簇被控制激活Hox基因的调节区域所包围。

研究人员发现，这些基因密集簇包含了细胞解码位置信号并成功记住它所需的所有信息。这表明Hox簇的紧凑性质有助于细胞了解它们的位置，从而证实了关于Hox基因的长期假设。

【总编辑圈点】

不同物种具有不同的结构和形状，但有一点是相似的，那就是一条“轴”。Hox基因确保了器官和组织沿“轴”的正确位置发育。这也意味着，动物中的绝大多数的形态，要取决于Hox簇如何表达。更好地了解Hox簇可能有助于人们了解神秘的内部系统是如何适应和修改以“制造”出不同动物的，同时，合成DNA和人工Hox基因的创造，也为未来研究动物发育和人类疾病铺平了道路。