DNA 和 RNA 表观遗传学曾经被认为是独立的，现在发现它们可以协同工作以微调基因表达。
对 DNA 及其表亲 RNA 进行的表观遗传修饰控制基因活性。 （图片来源：koto_feja/Getty Images）
科学家们发现了细胞控制基因的一种新方法——它可能会改写我们对“表观遗传学”的理解。
表观遗传学是一种不影响 DNA 序列本身的 DNA 修饰形式。相反，它描述了化学基团何时附着在特定基因上，从而打开或关闭这些基因，或者改变染色体的 3D 形状。
现在，在 1 月 17 日发表在《细胞》杂志上的一项研究中，科学家们发现了一种全新的基因调控方法，该方法涉及同时对 DNA 及其分子表亲 RNA 进行表观遗传调整。
展望未来，研究人员希望揭示这种新型基因控制与癌症的关系。
“发现这样一种新机制确实令人兴奋，进一步扩大了我们对基因调控的理解，”加州大学洛杉矶分校表观基因组学、RNA 和基因调控主任凯瑟琳·普拉斯 （Kathrin Plath）。
新的基因调控层一种常见的表观遗传修饰类型是甲基化，它描述了向 DNA 或组蛋白添加称为甲基的分子——DNA 包裹起来变得更加紧凑并适合细胞核的蛋白质。一种称为 DNMT1 的蛋白质将这些分子添加到 DNA 中，其活性可以提高或降低基因表达，具体取决于给定基因的甲基化位置。
近年来，研究人员还发现 RNA（一种将 DNA 的指令穿梭到细胞中以制造蛋白质的分子）也可以被修饰。这主要由一种称为 METTL3-METTL14 的蛋白质复合物完成。这种甲基化会破坏 RNA 分子的稳定性，从而减少制造的蛋白质量。
体内的每个细胞都使用 RNA 和 DNA 甲基化来调节基因表达。但是，以前假设这些过程是独立运行的。这项新研究对这一假设提出了质疑。
在这项研究中，科学家们观察了小鼠胚胎干细胞，并绘制了细胞发育过程中 DNA 和 RNA 甲基化的位置。他们发现，数千个基因及其互补的 RNA 分子都包含这两种甲基化标记。
通过额外的实验，该团队发现与 RNA 相互作用的 METTL3-METTL14 复合物也会募集并物理结合到标记 DNA 的蛋白质 DNMT1 上。然后，这种新的、更大的复合物可以在 DNA 或 RNA 水平甲基化相同的基因。这使细胞能够在细胞分化过程中进一步微调其基因调控——例如，干细胞在分化过程中具有特定身份，成为心脏或肺细胞。
以前的研究表明 DNA 和组蛋白修饰之间以及组蛋白和 RNA 修饰之间有明显的联系。
“那么，为什么细胞不能同时将 DNA 的表观遗传修饰和 RNA 的表观遗传修饰联系起来呢？” 该研究的合著者、比利时 ULB 癌症研究中心主任弗朗索瓦·福克斯 （François Fuks） 说。“[我们的研究表明] DNA 甲基化和 RNA 修饰之间的直接联系是前所未有的，”。
根据 Fuks 的说法，这项研究确实有一些局限性，即它主要集中在胚胎干细胞分化上。在过去的研究中，DNA 和 RNA 修饰在干细胞中分别得到了很好的表征，因此研究人员从它们是有意义的。但这些相同类型的 DNA 和 RNA 修饰存在于所有类型的细胞中。
“看到这一点，[这种机制] 不太可能只存在于 ES 细胞中，”Fuks 说。
这一发现挑战了这些 RNA 和 DNA 修饰过程完全独立的既定观点，并表明它可能对人类生物学和疾病具有更广泛的影响。为此，Fuks 和他的团队正试图确定这种新机制与癌症的关系。
Fuk 建议，如果 DNA 和 RNA 表观遗传学的协调被抛弃，你最终可能会得到过多或过少的蛋白质。“现在，一种关键蛋白质的表达水平过高，”他说。这可能对细胞有害，并有助于肿瘤发生或肿瘤的形成。
已经有批准的抑制 DNA 甲基化的疗法，并且有一项早期临床试验测试将 RNA 甲基化抑制作为癌症治疗方法。Fuks 和他的团队正在测试结合这些现有疗法以改善患者预后的潜力。他们实验室研究的初步数据表明，这种策略可能对白血病患者有用。
至少在培养皿中，“我们可以通过将这两种药物一起添加来逆转白血病细胞的癌症进展，”Fuk 说。“最终，为什么我们不能将这两种药物结合起来治疗患者呢？”
