如何“未雨绸缪”基因调控?

中国科学院生物物理研究所研究员朱冰与副研究员熊俊合作，系统阐述了细胞如何通过表观遗传机制“预置”基因表达状态，进而影响未来基因激活效率和反应速度。最近，相关论文发表在《遗传学年度回顾》中。

在多细胞生物体中，虽然大多数细胞都有相同的DNA，但它们可以对相同的信号做出多样化的反应。近年来，前沿成果发现，细胞会根据过去的信号“未雨绸缪”地控制未来的基因表达潜力，关键是表观遗传控制。根据传统观点，表观遗传的作用是保持基因的开启或关闭。近年来的研究表明，细胞不仅能保持稳定，还能积极建立“表观遗传屏障”，控制未来信号下基因的响应节奏和强度。

本综述系统总结了四个核心的表观遗传准备机制：

(1)预激活，细胞提前降低特定基因的“激活门槛”，使其处于“准备出发”的状态，保证在接收发育或环境信号时能够快速高效地打开;

(2)预约约束是一种“缰绳”机制，与“预激活”相反。通过保持较高的激活屏障，可以帮助这些基因保持在“紧急缓发”的状态，避免过早或过度表达，从而保证基因表达的准确性和适度性;

(3)当记忆被转录时，细胞可以“记住”过去的基因激活。当它们再次遇到相同或相似的刺激时，拥有“记忆”基因的反应会更快更强，这是细胞适应环境反复变化的关键。

(4)转录耐受。在某些情况下，第一次强烈的信号刺激会增加基因的激活屏障，导致后期刺激中反应减弱甚至沉默。这种负反馈机制对避免过度炎症反应等组织损伤尤为重要。

综述进一步梳理了这些准备过程背后的分子机制，提出了一个完整的表观遗传准备工作模型，深入探讨了基因选择性、“准备状态”跨越细胞分裂稳定继承的机制、细胞动态调节表观遗传障碍的关键策略等关键问题，为未来的研究方向和发育畸形、自身免疫性疾病和癌症干预提供了全新的思路。

该团队得到了国家自然科学基金委员会、中国科学技术协会和新基石研究人员的支持。