基因开关：你知道几个？
“基因开关”如同在基因表达的过程链上加点促进剂或者制造点小障碍，让以前不能工作的基因开始工作或者让已经开始的工作进行不下去。比如，加入一些物质，让癌细胞的某些控制生长或者繁殖的基因不表达，让癌细胞自然死亡；或者是让癌细胞里的正常基因表达，从而让癌细胞改过自新，变成正常细胞。
可以抑制肺动脉高压的【基因开关】
英国一个研究团队发现一个基因与肺动脉高压相关，未来根据它的作用机理可研发针对这一症状的有效疗法。
肺动脉高压指肺动脉压力升高超过一定界值的一种血流动力学和病理生理状态，可导致右心衰竭，临床症状主要表现为呼吸困难、乏力等。
帝国理工学院研究团队在小鼠体内发现了这种与肺动脉高压有关的特定基因。进一步研究发现，在正常人的肺中，这种基因并不活跃，然而对于那些患有肺动脉高压的人来说，这一基因就会非常活跃地发挥作用。
目前针对肺动脉高压的治疗仅能缓解患者的症状，但并不能真正作用在病根上，因此往往疗效一般。研究人员说，基于这一发现，未来如能研发出药物来抑制这一基因发挥作用，或许就能找到治疗肺动脉高压症的有效方法。
领导这项研究的马丁·威尔金斯说，现在只是发现了这个特定基因对病症具有一定作用，但它们的深入关系和作用机理还需要进一步研究，最终的成果将有助转化为有效的疗法。
能调控植物的【基因开关】
中科院上海药物研究所徐华强与中科院遗传与发育生物学研究所李家洋、科技世界网美国温安洛研究所KarstenMelcher等合作，在植物中发现了一个与人体中特定信号机制非常相似的重要的分子机制，该机制与人类早期胚胎发育和癌症等疾病有着密切联系。
植物中复杂的分子网络调控着关键的生物功能，如生长发育和应激反应。这些分子网络被大量的“开关”调控，如果被错误地开或关，基因表达也会被错误地开启或关闭，并导致疾病的发生。
“这项研究揭开了重要蛋白‘Topless’在植物信号调节通路中的主要作用，这一发现为研究基因沉默提供了一个通用模型。”徐华强表示，Topless在植物生长发育过程中是不可或缺的一个因子，与关键抑制因子相互作用，共同构成植物中的基因沉默。
能开启衰老进程的【基因开关】
美国西北大学科学家通过研究线虫（caenorhabditisel-egans）发现，当动物到达生殖成熟期后，一种基因开关会开启衰老进程，关闭细胞的压力反应机制，使成熟细胞开始走下坡路。
在动物中，包括线虫和人类，热休克反应（指生物机体在热应激或其他应激状态下所表现出的以基因表达变化为特征的防御适应反应）对正当的蛋白质折叠和保护细胞健康必不可少。研究人员观察了线虫的热休克反应，该种名为秀丽隐杆线虫（caenorhabditisel-egans）的线虫，仅步入成年期8小时，到达成熟得足以繁殖的阶段，负责制造精子和卵子的生殖干细胞，就会突然关掉体内的“基因开关”，终止本来用以保护身体细胞的机制，加速衰老。保护性热休克反应在线虫成熟初期的4小时里急剧下降，这正是生殖成熟的精确开始。虽然线虫仍然行为正常，但科学家能看到分子变化和蛋白质质量控制的下降。
这一成果建立在10年研究的基础上。基因开关发生在生物的两大细胞系统——生殖系和身体系之间。一旦生殖系完成了任务，产生了卵子和精子，它就会给身体系的细胞发信号，关闭保护机制，使成熟动物开始衰老。研究人员指出，虽然他们研究的是线虫，但这种在衰老中起关键作用的基因开关保存在包括人类在内的动物体内。
“我们看到在成熟早期，保护性热休克反应开始迅速垮掉。”论文高级作者、美国西北大学的理查德·默里莫托说，“衰老并不是连续发生的各种事件。在线虫系统中，我们发现了一个非常精确的衰老开关。这些基因开关在8小时里逐渐进入成熟细胞，使热休克反应及其他细胞压力反应同时受到抑制，这真是让人意想不到的。”在一项实验中，研究人员阻断了生殖系发送的关闭信号，结果发现成熟动物的身体组织会继续保持强健和抗压能力。
研究员在实验中，成功阻止线虫的生殖细胞系统发出讯号，关闭保护细胞的机制，延迟线虫老化过程。领导研究的森本教授指出，秀丽隐杆线虫体内的机制与人类相似，相信将来亦能关闭人类身上的“开关”，延迟与衰老有关退行性疾病的发生，有助于使人类细胞更强健，延迟老化过程。
能决定药物疗效的【基因开关】
试想一下，有一天编写你的基因组的所有30亿个碱基（腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T）都被浓缩在一张信用卡大小的卡片上，当你就诊时，只需简单地刷一下卡，医生就能知道哪种药物有助于你的病情，而哪种药物反而有损你的健康。美国宾夕法尼亚大学研究人员发表的最新研究成果，让上述个性化医疗前景距离现实又近了一步。
研究团队发现了一个奇怪现象：一类名为噻唑烷二酮（TZDs）的抗糖尿病药物虽然对某些人疗效显著，但有20%到30%的患者在用药后不仅毫无效果，甚至还会产生严重的副作用。他们预感到，这种差异可能与基因组中控制基因开关的区域存在细微差别有关。这些区域被称为调节区，当核受体分子附着到DNA上时，基因就会被打开。
市场上的很多药物，包括噻唑烷二酮，都是通过绑定核受体来发挥作用的。研究团队发现，调节区内碱基对序列发生的一个变异，很可能最终决定了药物对特定患者的影响。
研究论文资深作者、宾夕法尼亚大学医学院医学和遗传学教授米切尔·拉扎尔表示，“每种药物都存在某种形式的风险”，弄清楚与个人遗传密码相关的风险是什么，是“个性化医疗的原则之一”。
“基因组测序的成本已大幅下降，普遍预测认为，在5年到10年内，每个人都可以进行基因组测序。”拉扎尔说，“流行病学家和统计学家将能够结合基因组的个体差异，判断药物是否有效。”
未参与此项研究的美国杜克大学生物统计学和生物信息学助理教授蒂姆·雷迪说，找到起决定作用的突变是最难的，这个项目确定了能够预测哪些人会对药物作出响应、哪些人不会响应的遗传因素，这是个性化医疗迈向现实的第一步。
可受光控制的【基因开关】
麻省理工学院Broad研究所的科研人员研究发现，借助光控开关感受光线可以快速启动或者终止基因的表达。利用这一技术，就能了解某些特定基因的功能，尤其是那些参与学习和记忆的基因。该技术还能应用于表观遗传学修饰的研究。
虽然人类基因组大约有两万多个基因，但是只有一小部分基因是持续进行转录和翻译的。这是根据细胞的状态决定的，而细胞的状态是随时变化的。科研人员希望寻找快速控制基因的开关，以探究基因的表达情况。
麻省理工学院Broad研究所的科研人员，借助一项新技术找到了一个可以快速启动或者终止基因的表达的途径，那就是照射细胞的光。目前这一研究发表在7月22日的Nature杂志上。
这项工作是基于一项被称为光遗传学的技术进行的研究。光遗传学技术的原理是光可以改变光敏感蛋白质的功能。几乎就在光出现的同时，光敏感蛋白接收光信号，快速促进或者抑制基因的表达。
基因表达是一个快速的动态过程，迄今为止，用来干预基因表达的方法都是非动态的。如果要想更深入地了解基因表达的动态变化情况，就必须用一些与这个过程相符的动态的自然发生的手段干预基因的表达。
如果能够精确地控制基因表达和持续的时间，就能了解某些特定基因的功能，尤其是那些参与学习和记忆的基因。其还能应用于表观遗传学修饰的研究。
光控开关
光控开关系统由几个相关联的部分构成，转录激活因子（TALE），CRY2（一种光敏感蛋白）和CIB1（CRY2的天然结合蛋白）。DNA结合蛋白TALE组合成特定的形式与DNA结合。TALE与CRY2融合在一起。当CRY2遇到光线，它就会改变结构与CIB1结合。这几部分协同作用，行使细胞的遗传指令——调控DNA转录成mRNA。
利用这一原理，科研人员将CIB1改造成可以与另外一个蛋白相结合的形式参与基因表达的调控。光开关系统进入细胞后，TALE与目的DNA结合。当有光线照射到细胞时，CRY2蛋白与原本游离在细胞中的CIB1相结合。CIB1携带的基因活化蛋白启动DNA的复制或者转录。或者，CIB1携带的基因抑制蛋白抑制DNA的复制或者转录。
一个单一的光脉冲足以诱导蛋白结合，启动DNA复制和转录。研究人员发现，每分钟一次左右的光脉冲是实现连续转录最有效的频率。另外，连续给予30分钟的光脉冲，目的基因转录mRNA的水平显著增加，而光脉冲一旦停止，mRNA的水平约在30分钟内开始下降。
斯坦福大学生物工程和光遗传学教授Karl Deisseroth说，该研究的创新点在于其光控开关系统控制的不是人工合成的基因，而是取自细胞的基因。基于这一技术，可以观测特定的基因在特定时间点的表达情况。
表观遗传学修饰
基因表达调控开关的另外一个作用就是研究表观遗传学修饰。表观遗传学一个重要的领域就是组蛋白的化学修饰。组蛋白可以与DNA结合在一起，控制相关基因的表达。研究人员发现可以通过TALE与组蛋白融合改变表观遗传学修饰。
表观遗传学修饰在学习和记忆形成过程中发挥了重要的作用，但是由于缺少有效的途径干预组蛋白的修饰，导致这一课题没有进一步深入研究。新技术的应用可以精确地干预单一基因的表达，从而给该课题的研究提供了可能性。
目前，研究人员已经证实，一些组蛋白的结构域可以与光敏感蛋白结合，他们正在扩充可以被应用到基因调控系统中的组蛋白修饰的类型。
该研究小组的成员Mark Brigham说：“扩充可控的表观遗传学标记的数量是非常有用的，希望大家能将这一技术利用起来。”
【附录】“基因开关”并不是现在才有的概念，人们早已认识到“基因开关”的重要性。在2007年，新加坡基因组研究院科学家就宣布成功绘制了4000多个“基因开关”位置图谱。“基因开关”可以是化学物质，也可以是蛋白质，还可以是一段基因等等。已经发现的癌症的基因开关就有几百种，另外，还有调控着人体的长寿、肝病、不育等方方面面的基因开关。
