来自科罗拉多大学、马萨诸塞大学和麻省理工学院怀特黑德研究所的研究人员发现，人体内每种细胞类型均存在一种独特的基因组结构，这种结构对基因起调控作用。组成该结构的蛋白复合物可调控基因转录及活性状态，与多种发育异常疾病相关。

“这一发现使我们对几种神经及发育异常疾病，包括Opitz-Kaveggia综合征、Lujan综合征和Cornelia de Lange综合征的病因有了新的认识，”怀特黑德研究所研究员Richard Young说，“我们对基因调控机制有了更深入的了解。”

该研究在线发表于《自然》杂志。Young的研究小组认为，在细胞特异性基因的起始端形成的DNA环结构可激活这些基因的表达。各种细胞，如皮肤细胞、神经细胞或胚胎干细胞，均有自己的基因表达程序以维持基因活性状态。调控因子和基因表达元件分别与DNA启动子和增强子结合，激活基因表达。蛋白复合物Mediator和cohesin促进并维持这种接触，形成细胞类型特异性的DNA环。

“这真让人惊讶，”Young说，“我们实验室一直在破解调控基因表达和活性状态的机制。我们原以为DNA环可能只存在于某些基因的起始端，但没预料到是通过这些复合物形成的环来激活细胞特异性基因。”

DNA环结构可以影响细胞特异性基因的激活，从而使细胞丧失正常状态。事实上，Mediator和cohesin发生突变确实会影响细胞特异性基因DNA环的形成，导致各种发育综合征和疾病。

Young实验室的博士后研究人员及该文章的共同第一作者Michael Kagey、Jamie Newman和Steve Bilodeau称，发现基因组DNA环结构并非他们的最初目的。他们在寻找胚胎干细胞中维持细胞活性决定基因时，发现Mediator和cohesin定位于活性细胞特异性基因上。Mediator在过去的研究中被证实在基因激活中发挥作用，而cohesin则可将姐妹染色单体凝聚在一起。

Newman称，他们没想过Mediator和cohesin会形成一种新型复合物，在活性细胞特异性基因上生成稳定的DNA环结构。

当研究者在胚胎干细胞中敲除Mediator或cohesin时，细胞会丧失其干细胞特性，开始转化为其他细胞类型。

“这一发现使我们重新认识细胞如何维持细胞状态，”Kagey说，“我们相信，对于不同的细胞类型和不同的基因，Mediator和cohesin的功能就是形成这样一种细胞特异性DNA结构，维持细胞状态。没有这个结构，细胞就不能维持正常状态。”

Bilodeau同意Kagey的观点。“如果在胚胎干细胞中Mediator或cohesin功能丧失，细胞就不能维持正常状态，从而发生不适当的细胞分化，”Bilodeau说，“发育缺陷的患者都有可能存在Mediator或cohesin突变。”

许多cohesin缺陷的Cornelia de Lange综合征患者都存在大量发育缺陷，包括严重的智力障碍、骨骼异常、身材矮小及胃肠功能紊乱等。而存在Mediator缺陷的患者则有各种各样的神经系统缺陷。

“我们希望更多地了解细胞特异性基因的调控机制，从而为Mediator和cohesin突变患者开发出新的治疗方案。”Bilodeau说。