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美國紐約大學(xué)研究人員利用新的合成DNA技術(shù)和干細胞基因工程，創(chuàng)造了人工Hox基因，其能規(guī)劃和指導(dǎo)細胞去哪里發(fā)育組織或器官。近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的該項發(fā)現(xiàn)，證實了Hox基因簇如何幫助細胞學(xué)習(xí)并記住它們在體內(nèi)的位置。

幾乎所有的動物，從人類到鳥類再到魚，都有前后軸或一條從頭到尾的線。在發(fā)育過程中，Hox基因就充當(dāng)了建筑師，確定細胞沿軸移動的“計劃”，以及它們構(gòu)成的身體部位。

如果Hox基因因錯誤調(diào)節(jié)或突變而失敗，細胞可能會丟失，從而導(dǎo)致某些癌癥、出生缺陷和流產(chǎn)的情況出現(xiàn)。美國紐約大學(xué)生物學(xué)副教授、該研究的共同資深作者伊斯特班·馬佐尼說，如果不了解Hox基因，人們就無法了解發(fā)育或疾病。

盡管它們在發(fā)育中很重要，但Hox基因的研究具有挑戰(zhàn)性。它們緊密地組織成簇，而且在它們被發(fā)現(xiàn)的DNA片段中只有Hox基因，周圍沒有其他基因，科學(xué)家稱之為“基因沙漠”。雖然基因組的許多部分都有重復(fù)元素，但Hox簇沒有這樣的重復(fù)。這些因素使它們獨一無二，難以通過常規(guī)基因編輯進行研究。

此次，研究人員通過復(fù)制大鼠Hox基因的DNA制造了長鏈合成DNA，然后研究人員將DNA輸送到小鼠多能干細胞內(nèi)的精確位置。使用不同的物種使研究人員能夠區(qū)分合成的大鼠DNA和小鼠的天然細胞。

借助小鼠干細胞中的人工Hox DNA，研究人員現(xiàn)在可探索Hox基因如何幫助細胞學(xué)習(xí)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(diào)節(jié)區(qū)域所包圍。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些基因密集簇包含了細胞解碼位置信號并成功記住它所需的所有信息。這表明Hox簇的緊湊性質(zhì)有助于細胞了解它們的位置，從而證實了關(guān)于Hox基因的長期假設(shè)。