DNA制造的速度限制为生命的第一步奠定了基础

果蝇为吝啬的母亲制造，只传授其后代生存所需的遗传构建块的一部分。其余的必须由受精卵在其生长的最初几个步骤中产生。

科学家们对这种看似不必要的扣留感到困惑了二十年。现在，普林斯顿大学的研究人员已经证明，由称为RNR的酶控制的抑制机制实际上是胚胎存活的关键。早期的太多材料导致了刚刚起步的生命形式的灾难。

“这项研究向我们展示了发展的脆弱性，”普林斯顿大学化学与生物工程教授兼Lewis-Sigler整合基因组学研究所的Stanislav Shvartsman说。“我们问了一个问题，'为什么母亲必须如此节俭?'”这个问题导致Shvartsman测试当胚胎遗传了大量这些构建块时会发生什么。答案不是很好。“我们意识到，如果不限制供应，就会产生一种时间冲突，破坏胚胎中的多个过程，”他说。

在3月14日发表在“当代生物学”杂志上的一项研究中，研究小组追踪了两组苍蝇的胚胎发育：一组具有正常供应的DNA构建模块，称为核苷酸，另一组的数量约为10倍。结果表明，当胚胎从一开始就有更多的核苷酸可用时，其DNA复制机制以极快的速度发挥作用，对随后的过程进行粗暴对待，并在以后导致严重缺陷。

Nareg Djabrayan是普林斯顿大学综合基因组学Lewis-Sigler研究所的副研究学者，也是该论文的第一作者，将复制过程比作机器。“当你为那台机器提供过多的输入时，它的速度限制就会被打破，”他说。“它太快了。它与其他必须同时发生的事情混在一起。”

在第一个关键步骤中开始的问题在后期阶段加剧。随着胚胎开始成形，它的中线(苍蝇的脊椎类似物)发生了灾难性的扭曲。

“在那之后，他们开始了，”Shvartsman说。

事实证明，在以前的工作中量化的母亲扣留在早期生活的时间安排中起着重要作用，为发展速度提供了自然的限制。最后，那些以过剩基本成分开始的果蝇不能发育成一种有活力的有机体。

根据杜克大学的细胞生物学家Stefano Di Talia的说法，研究结果标志着研究从母亲到后代过渡时基因组控制的研究人员的思维转变。“这篇论文很重要，因为它表明严格控制核苷酸水平不仅在能量上有利，而且对于胚胎发育正常进行也是绝对必要的，”他说。Di Talia建议未来的研究将以此工作为基础，以了解细胞周期的时间如何影响组织力学。

在这种情况下，RNR酶 - 抗癌疗法的共同目标 - 在平衡细胞最基本过程的速度以及细胞分裂方面发挥着关键作用。失控的细胞分裂和生长是癌症的标志。除了回答关于动物早期生活的基本问题，研究人员相信这项工作可以开辟新的途径来研究胚胎发育中的癌症药物。

除了Shvartsman和Djabrayan，研究团队还包括来自普林斯顿的Celia M. Smits，Matej Krajnc和Tomer Stern;来自纽约大学的Shigehiro Yamada和Christine A. Rushlow;来自Howard Hughes医学研究所Janelia研究园区的William C. Lemon和Philipp J. Keller。

该项目由国家卫生研究院国家综合医学研究所提供资助。

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