您的 DNA 副本包含在您所有 37.2 万亿个细胞的细胞核中。从理论上讲，所有这些单元都具有相同的功能，因为它们带有相同的蓝图。那么，例如，您的DNA是如何知道它是在血细胞中还是在嗅觉细胞中呢？它如何知道哪些基因需要“开启”？细胞如何知道并执行其功能？
像所有与 DNA 相关的事物一样，它是一个多因素且高度受管制的过程。在人类和其他具有真核细胞（具有封闭细胞核）的生物体中，一个被称为“中心法则”的概念解释了 DNA 如何作为指导手册，DNA 通知信使 RNA (mRNA)，然后将其用作路线图用于蛋白质生产。因此，将正确的 DNA 片段转录成 mRNA 只是确保细胞具有所需的所有蛋白质的第一步。
约翰霍普金斯大学医学院生物化学助理教授凯伦雷迪说，一种称为转录因子的特殊蛋白质会开启基因。转录因子与 DNA 结合以增加或减少特定基因的表达。但它提出了一个问题：转录因子从何而来？
“许多转录因子在细胞与细胞之间重复使用，”雷迪告诉 Live Science。就像相同的零件可以用在不同的汽车上一样。一种转录因子可以激活不同细胞类型中的不同基因。例如，用于嗅觉细胞的转录因子 Olf-1 与用于指定 B 细胞的转录因子 Ebf-1 相同。转录因子知道激活这些细胞中的不同基因，因为 DNA 在不同细胞类型中的组织和包装方式不同，也称为具有不同的染色质景观。
在细胞核中，DNA、蛋白质和RNA的复合物共同作用来包装 DNA 的长链。该复合物称为染色质。DNA 如何包裹在称为组蛋白的蛋白质复合体上，以及对这些组蛋白的化学修饰，称为染色质景观。这会影响哪些基因或多或少暴露。Reddy 说，在给定的细胞类型中，一些基因准备好被转录因子激活，因为它们是如何暴露在染色质结构中的。其他人则被染色质景观压抑或隐藏起来。这些仍然可以打开，但首先需要有足够的转录因子和染色质修饰剂来改变染色质结构并揭示它们。
“染色质景观和转录因子领域之间存在交叉对话，”雷迪说。
雷迪说，覆盖这两个因素的是细胞核中的 3D 结构，或者染色质如何在细胞核中折叠和组织。这种折叠促进了需要表达的基因与增加其表达的元素之间的相互作用。给定细胞类型中活跃的或需要的 DNA 部分集中在靠近中心的地方，而不活跃的部分则靠近细胞核的外部。
一些控制基因表达方式的元件，例如可以打开或关闭基因的启动子，就在基因附近。但是其他元素，如增加基因表达的组织特异性增强子，可能离它们需要为细胞增强的基因更远。Reddy 说，折叠或 3D 结构使增强子靠近感兴趣的基因。
最后，还有一些过程可以对 DNA 本身进行更持久的改变。例如，DNA 甲基化涉及向核苷酸（DNA“构建块”胞嘧啶及其骨架）添加甲基，并且通常与基因的抑制有关，Reddy 说。DNA 甲基化可以代代相传，影响特定类型细胞中哪些基因被打开或关闭，并防止您过度表达某些基因，这反过来又会导致神经紊乱和心血管疾病等疾病。疾病，根据 2015 年Cureus杂志的一篇评论。
Reddy 说，所有这些水平——DNA 甲基化、染色质景观、折叠和转录因子——都是在正确的时间在正确的位置表达必需基因的重要调控步骤。“在癌症等疾病中，任何这些控制水平都会受到干扰。”
好消息是这些监管要素相互支持。“你可能会出现一些问题，作为一个细胞，你会没事的，因为这些过程会相互加强，”雷迪说。
