新項目旨在研究分子以了解為什么你就是你

大多數人都知道 DNA，即我們的遺傳物質，在我們的發育、外觀和疾病易感性方面發揮著至關重要的作用。這種 DNA 存在于我們的每一個細胞中并且保持不變;當細胞分裂以更新自身時，它會復制其 DNA 的精確副本。但如果每個細胞一開始都具有相同的 DNA，為什么所有細胞的發育方式不同呢?

這是科學上所說的一個非常好的問題，近年來，許多科學家將注意力轉向了表觀遺傳學;也就是說，外部因素如何在更短或更長的時間內改變細胞內原本不可改變的基因的表達。

這些因素可以是我們吃什么，我們如何鍛煉，或者我們如何變老。一些研究人員還認為，表觀遺傳變化可以從父母遺傳給未出生的孩子，本質上是對孩子進行編碼，以適應父母生活的環境。一些研究人員進一步認為，心理影響，例如父母的壓力和創傷，可以影響孩子的健康。導致未出生孩子的表觀遺傳變化，例如應激激素水平升高。

表觀遺傳變化不是永久性的，可以逆轉。

分子構成所有生命的基礎

- 所有生命的核心都是分子。因此，生物體在分子水平上對影響做出反應的想法是合乎邏輯的。“我是一名化學家，我對當特定表觀遺傳修飾影響基因時在分子水平上發生的情況感興趣，”Jasmin Mecinovic 說。

表觀遺傳影響——無論是自然有意為之還是由環境因素觸發——都會引發每個細胞核內 DNA 周圍某些結構的化學變化。這些蛋白質結構稱為組蛋白，它們的主要功能是提供一個框架，兩米長的 DNA 鏈可以圍繞該框架盤繞。

但它們也有一條隱喻性的尾巴，延伸到 DNA 之外。酶可以在這條尾巴上附著或去除小的化學基團。當酶這樣做時，它會通過組蛋白向細胞核發送信號，其中的某些基因應該被打開或關閉。

基因組是生物體的全部遺傳物質，包含大量信息 - 大多數人可能聽說過堿基 A、C、G 和 T，它們可以通過無數種方式連接在兩條 DNA 鏈之間。每個連接都會產生一個獨特的基因，而該基因又決定了生物體中細胞的功能。簡單來說，這些堿基的組成決定了頭發顏色、用手習慣或額外腳趾發育等特征。

- 人類基因組至少包含 20,000 個基因，所以讓我們將其比作一本 20,000 頁的書：它包含大量信息，但并非所有內容同時發揮作用。假設我們都有那本書的副本。我在第 10 頁打開它，你在第 100 頁打開它。我們從同一來源獲得兩條不同的信息。這就是基因的運作方式;并非所有內容始終都可以訪問，只有特定部分被激活。Jasmin Mecinovic 解釋說，這種激活可以由在組蛋白上附著、去除或識別小化學標簽的蛋白質觸發。

酶如何以及在何處將化學基團附著在組蛋白上，以及這些變化如何控制基因表達，是研究人員在過去 30 年里才有機會探索的一個巨大謎題。這些變化是如此之小，以至于需要極其先進的化學工具來觀察組蛋白的世界。

用意大利面條般的手臂四處飄揚

出于同樣的原因，研究人員主要關注 DNA 鏈盤繞的四個核心組蛋白。但還有第五種組蛋白，稱為連接子 H1，它非常難以控制，以至于直到最近，還不可能使用現有技術進行研究。

- 想象一下，這種組蛋白有意大利面條般的手臂，不斷地四處飄動，因此很難拍攝它的照片;就像你拍照時我揮手，照片就會變得模糊一樣。但這種組蛋白存在于人類和其他復雜的生命形式中，因此它必須發揮重要的功能，這就是我想要研究的內容，”Jasmin Mecinovic 說。

這個新項目的核心任務之一是開發化學方法來揭示不規則的 H1 組蛋白表觀遺傳角落發生的情況。

引起疾病

與其他組蛋白一樣，H1 也有一條延伸到 DNA 之外的尾巴。酶還可以對其進行修飾，通過連接組蛋白修飾細胞核中的基因。

- 因此，另一個核心任務是嘗試構建 H1 組蛋白，我們可以對其進行專門修改，使其看起來像天然 H1，以便了解它對與組蛋白、表觀遺傳蛋白和 DNA 的相互作用產生什么影響，Jasmin Mecinovic 解釋道。

研究 H1 組蛋白如何在分子水平上與其他生物分子相互作用是基礎化學研究。然而，這也是與疾病和醫學相關的研究，因為組蛋白會導致基因的不良激活或抑制，從而導致某些癌癥和自身免疫性疾病(如類風濕關節炎、狼瘡、1 型糖尿病和多發性硬化癥)等疾病。