一支研究团队在细胞分裂后几分钟和几小时内发生的过程上取得了重要发现。这一进展增强了我们对人类生物学的理解，并有可能为开发更有效的药物铺平道路。
DNA复制在整个人体内不断进行，每天进行数万亿次。每当细胞分裂——无论是为了修复受损组织、更换老化细胞还是促进生长——DNA都会被复制，以确保新细胞保留相同的遗传信息。
尽管DNA复制在人类生物学中至关重要，但其复杂性尚未被很好理解。这在很大程度上是因为科学家在直接观察这一复杂过程时所面临的挑战。之前研究复制的尝试受到使用可能损害DNA的化学物质或只能捕捉到短暂DNA片段的方法的阻碍，导致了不完整的洞察。
最近，Gladstone研究所的研究人员在《Cell》上发表的一项研究通过引入一种结合长读数DNA测序与预测性人工智能模型的新方法，在解决这些挑战方面取得了进展。这一创新提供了对DNA被复制后短时间内发生事件的更清晰理解。
该研究的首席作者、Gladstone研究员Vijay Ramani博士解释说：“这一直是一个持久的生物化学问题。复制机械实际上会拆解现有的DNA结构，这些结构随后必须在新形成的细胞中准确恢复。为了理解这种恢复是如何发生的，我们需要一种新的方法来映射DNA结构，包括复制前后的状态。”
比我们所知的更脆弱
Ramani正在开创单细胞基因组学领域的进展，旨在探讨单个细胞和分子水平上的基因组活动。他和他的同事们开发了许多创新技术，以更好地理解影响健康和导致疾病的分子过程。
在这项最新研究中，研究人员引入了一种名为RASAM的技术，代表“复制感知单分子可接近性映射”。这一创新工具导致了一个意外发现：新合成的DNA在复制后几个小时内保持“超易接近”，这表明其他蛋白质，包括参与基因调控的蛋白质，可以轻松访问这些DNA。
“我们可能曾假设这种程度的可接近性会导致基因组混乱，但事实并非如此，”Ramani评论道。
与紧密打包成核小体结构的成熟DNA相比，研究团队观察到新生DNA仅部分包裹，并在复制后几个小时内保持“松弛”状态。
“对这一现象的观察完全是新颖的，”Ramani表示。“这对我们对生物学的基本理解具有重要影响，并可能增强新治疗方法的开发，用于各种疾病。”
例如，在因细胞快速分裂而特征显著的癌症中，药物可以在复制后这一暂时可接近的阶段靶向细胞，可能毁灭它们。或者，研究人员可能利用这一DNA可接近性阶段来改变基因表达，以帮助避免疾病。
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在他们的实验中，Ramani和他的团队——包括研究助理Megan Ostrowski和生物信息学研究员Marti Yang博士——提供了证据表明，这种增强的可接近性在DNA链上特定区域受到控制，这些区域是基因表达开始的地方。
然而，许多问题依然存在，研究过程中出现了新的询问，特别是关于新形成细胞的保护机制。这为Ramani提供了激动人心的新研究机会。
“这项研究令我兴奋的地方在于它围绕着使发现成为可能的方法论，”Ramani分享道。“对于生物学家来说，我们的观察决定了我们的理解。我们测量的准确性对于制定治疗方案和就疾病做出明智决策至关重要。这正是这些新方法和工具无价之处。我们现在可以检查以前隐藏的基因组区域。”
