细胞如何记忆
哈利勒的合成生物学澳门威尼斯人注册网站研究阐明了鲜为人知的表观基因组
莉兹·希利著
任何两个没有血缘关系的人的基因组都有99%以上是相同的，但这些人看起来可能完全不同。同样，肝细胞和神经元共享相同的基因组，但功能却截然不同。这些差异更多地来自于表观基因组，即控制基因组如何修饰、包装和表达的系统。尽管表观基因组在生物学和疾病中起着重要作用，但人们对它的认识并不完全清楚。
在《细胞》杂志上发表的一项新澳门威尼斯人注册网站研究中，助理教授Ahmad ' Mo ' Khalil （BME）、BME澳门威尼斯人注册网站研究生Minhee Park及其同事设计了一个完全合成的表观遗传系统，以更好地理解、澳门威尼斯人注册网站研究和控制其行为。利用合成生物学，他们构建了模拟自然表观遗传系统特征的分子模块，并发现它们能够在哺乳动物细胞中诱导表观遗传活动，例如储存细胞记忆。
“这增加了在哺乳动物系统中推进合成生物学的不断增长的工作，”Khalil说。“要了解如何控制哺乳动物细胞，我们首先需要了解细胞如何打开和关闭基因的基本原理，以及它们如何在发育和分化过程中保留这些程序的记忆。”
Khalil补充说，在哺乳动物系统中开发合成生物学工具可能对细胞治疗等治疗应用有用，例如，它可以允许控制免疫细胞功能。
大多数基因组都有一系列化学修饰，这些修饰会影响基因组的包装或解绕方式，以及哪些基因被打开或关闭。其中一些化学修饰是表观遗传的，因此是可遗传的。一种特定的基因修饰是如何以及为什么会代代相传，而另一种却不会，这在很大程度上仍然是未知的。
作为表观遗传系统的基础，哈利勒和他的同事使用了一种细菌DNA的化学修饰，并将其上传到哺乳动物细胞中。他们借鉴了公认的表观遗传调控模型，即所谓的读写系统，创造了自己的版本。这个版本有可以写入（放置）基因组中的修饰的合成因子和可以读取（识别）它的因子。
当他们在人类细胞中进行测试时，哈利勒和他的团队发现，他们设计的读写系统可以预测地驱动与自然行为相关的表观遗传行为。他们的系统能够将表观遗传修饰传播到基因组中。
他们还使用他们的系统来设计基因被开启的记忆，这样即使在“开启”信号被移除后，基因的表达也能保持。这种类型的记忆类似于拨动开关的工作原理，是细胞分化和发育的生物学基础。这就是一个变成神经元的细胞在其一生中保持神经元的方式。这可以用于设计各种应用的合成生物记忆开关和设备。
杜克大学生物医学工程副教授、生物分子和组织工程中心主任查尔斯·格斯巴赫（Charles Gersbach）没有参与该团队的澳门威尼斯人注册网站研究，他说：“哈利勒和同事们在开发合成表观遗传调控系统方面的工作是一项里程碑式的成就，是我们控制生物系统能力的一次飞跃。它还为理解自然表观遗传系统的工作原理提供了一个框架。”