PNAS：颠覆传统认知的转录新发现

被评为2012年生命科学领域*工作地点之一的美国格莱斯通研究院又出新成果。人们曾经认为基因转录是连续的，而科学家的这项发现挑战了这一传统基础理论，美国格莱斯通研究院的研究人员描绘了人类基因组基因启动的主要方式和确切频率，文章将于本周发表在美国国家科学院院刊PNAS的上。

格莱斯通研究院的Leor Weinberger博士及其研究团队在研究中发现，基因脉冲式的开关行为（称为burst）是合成蛋白质的主要方式。这项研究能帮助人们更深入的了解这一zui基础的细胞过程，也为科学家研究基因启动故障相关疾病提供了新线索。

每个细胞都得合成蛋白，而储存蛋白合成指令的DNA和基因储存在细胞核中。当基因启动时，这些指令被转录为RNA，由RNA指导蛋白合成。从分解消化脂肪到抵御细菌/病毒等外来入侵者，蛋白在细胞中执行着各种各样的功能。蛋白合成的时机和频率对于细胞健康非常关键。

“基因以一定的频率启动蛋白合成这一基础生物过程，”加州大学旧金山分校UCSF格莱斯通研究院的Weinberger博士说。人们曾经一直认为这一过程是连续的，基因一旦被启动就会保持开启状态，以稳定的速率产出大量蛋白产物。但近来有研究显示，DNA生产RNA的过程是快速而间断性的，就像脉冲或机关枪。格莱斯通研究院的研究者们决定分析这种burst机制在基因组中所占的比例。

研究人员将绿色荧光蛋白插入Jurkat T淋巴细胞的DNA中，这种白细胞是维持人体健康的免疫系统的一部分。当这些基因片段被激活或“启动”时就会发出绿色荧光，使研究人员能够确切观察到整个人类基因组中基因激活的情况。

“我们的研究支持了‘bursting’假说，我们观察到的基因转录启动有点像闪光灯”文章*作者Roy Dar博士说。“我们发现，基因bursting的频率会逐渐增大直到达到特定阈值，此时蛋白水平已经较高且不再需要更多的蛋白，蛋白合成过程会就此中止。这一研究成果是一个巨大的进步，能帮助人们深入了解基因调控背后的基础分子机制。”

“Weinberger博士及其同事为我们展示了一个掌管基因组所有基因行为的简单规则。近来在其他生物中也有类似发现，而这项研究是一个很有力的补充，”宾州大学生物工程助理教授，细胞内单分子成像专家Arjun Raj博士评论道。

研究显示基因组主要以这种burst方式合成蛋白，研究人员相信这一发现能够为基因启动故障相关疾病的研究提供新线索。例如在某些癌症中，基因启动的时机错误zui终导致了肿瘤形成。

原文摘要：

Transcriptional burst frequency and burst size are equally modulated across the human genome

Gene expression occurs either as an episodic process, characterized by pulsatile bursts, or as a constitutive process, characterized by a Poisson-like accumulation of gene products. It is not clear which mode of gene expression （constitutive versus bursty） predominates across a genome or how transcriptional dynamics are influenced by genomic position and promoter sequence. Here, we use time-lapse fluorescence microscopy to analyze 8,000 individual human genomic loci and find that at virtually all loci, episodic bursting—as opposed to constitutive expression—is the predominant mode of expression. Quantitative analysis of the expression dynamics at these 8,000 loci indicates that both the frequency and size of the transcriptional bursts varies equally across the human genome, independent of promoter sequence. Strikingly, weaker expression loci modulate burst frequency to increase activity, whereas stronger expression loci modulate burst size to increase activity. Transcriptional activators such as trichostatin A （TSA） and tumor necrosis factor α （TNF） only modulate burst size and frequency along a constrained trend line governed by the promoter. In summary, transcriptional bursting dominates across the human genome, both burst frequency and burst size vary by chromosomal location, and transcriptional activators alter burst frequency and burst size, depending on the expression level of the locus.