C. David Allis 图片来源：lab.rockefeller.edu

跟许多研究生一样，我曾在科研路途中面临极大的障碍。在印第安纳大学（Indiana University, Bloomington, IN）博士研究生期间，有一门小班授课的基因学必修研讨课让我无比恐惧，任课教授是鼎鼎大名的“虐人狂”，总是永无止境地挑战学生追求卓越。当时的我自信心颤颤巍巍，但我清楚自己不想失败。

为了克服这可怕的障碍，我精心选题，拼命准备，轮到该我发表讨论演说，我选择首先介绍一个颇富争议的概念——“核小体”作为真核生物基因组的组织核心——这一理论是1974年Roger Kornberg提出并进行全面论证的。接下来，我在此基础上分析了支持该理论模型的实验及数据，如通过微球菌核酸酶的分解揭示染色质的串联重复本质，用电子显微镜证实它念珠结构的特质，对特定组蛋白二聚体的成对组合方式进行巧妙测定以解释核心颗粒的化学计量组成和聚合模式。

讨论的高潮部分是谈及引起我注意的发表在当时还算新杂志的《细胞》上的一篇文章（确凿无误，但我可不是想以此显示我有多老）。在1975年完成的这一研究中，Chambon和他的同事美妙地展示了四个核心组蛋白是如何打包并压缩腺病毒-2 DNA至可预见的长度。我被这“眼见为实”的研究强烈吸引，内心难以掩饰的热情也随之流溢课堂。即使当时还在进行着讨论演说，我已意识到这门课实际是我研究生阶段漂亮的一笔，当场就连我的语言表达都似乎是一字不差的完美演绎。我跨越了这一道障碍，顺利完成演说，从此开始了对染色质的“痴迷”。

尽管有关染色质的课题对我来说充满无尽诱惑，但当时许多基因调控领域的大腕都对此表示怀疑。那时候，染色质只是被大家看作为DNA服务的打包方案，仅仅是充当“盐”帮助DNA通过电荷效应折叠。平心而论，跟当时炙手可热的反式作用转录因子研究相比，同时代的染色质研究的确是相形见绌。毕竟，这些因子涉及明确的DNA控制元件，例如增强子和启动子，它们在RNA聚合酶等类的招募中扮演重要角色。况且，明确的基因调控范式已经在原核生物模型中做出，这就为进一步深入研究奠定了厚实基础。当时情形下，组蛋白被认定是阻挠这些精彩行动的障碍，它在基因调控中的作用丝毫不受认可，毫无疑问，研究事业上我选择组蛋白生物学预示着这一路将如同攀爬峭壁般艰辛。

渴望涉足染色质领域的梦想决定了我博士后研究将怎样选择实验室。许多“明星”基因表达实验室早已满员，他们建议我申请别处或耐心等待——等待一个也许不会出现的机会。更糟糕的是，我想进一步研究在发育生物学背景下的染色质问题，最好继续围绕果蝇这一模式生物展开，因为我博士研究的重心就在这一块，无奈我拜访的所有果蝇实验室都对染色质研究毫无兴趣，灰心丧气的我折回伯明顿（Bloomington），饱尝被拒绝的滋味，不知未来在何方，也没有任何后备计划。

在Anthony Mahowald实验室同事Kathy Karrer的偶然建议下，我突然萌生了另一个计划。Kathy建议我考虑把四膜虫这种纤毛原生虫作为染色质研究的模式生物。生活在伯明顿，我还听说过另一种叫草履虫的原生虫，因为我博士实验室楼上的Sonnenborn-Preer 实验室就是长期从事相关研究。

起初乍一想，觉得自己不大可能也不应该这样闹着玩，我连四膜虫的英文单词怎么拼都不知道。Kathy进一步给了我更具体的建议，她提到纽约州罗切斯特大学有一个人叫Martin Gorovsky，他的实验室不仅有条件大量培养可供生化研究的四膜虫，而且有技术将纯化后的“滋养核”（活跃的体细胞核）群体从邻近的“微核”（不活跃的种系核）中分离出来。这里没有想冒犯纽约上州居民的意思，但我当时的确有些担心罗切斯特的大雪会经常下得很厚，但我也清楚选择合适的博士后实验室的重要性只会比它“更厚”（从影响我做决定的重要程度上看）。在有了更多了解之后，这种单细胞生物体在生长周期和生殖周期上显示出的核双型现象及其与发育的关系，让我慢慢产生了兴趣。

更难得的是，在博后的面试中我跟Martin 和他的团队成员一拍即合。逐渐地，我对染色质和四膜虫越来越“上瘾”；很快，我做出决定，买了把雪铲，带上老婆，把所有的家当往大众甲壳虫里一扔，一路驱车向北。如何应对罗切斯特的冬天我很是自信，相反对于将要着手的纤毛虫染色质生物学研究我心里感到忐忑不安，说不定选择研究这被叫做“池塘浮渣”的玩意儿会是个天大的错误。

在Gorovsky实验室做博后的几年很令人满意，因素之一也许是罗切斯特漫长阴冷的冬天让人困在室内无处可去。四膜虫待我不薄，我从中获得了滋养核组蛋白高度乙酰化、组蛋白变体等发现。乘着这兴奋的劲头，我获得了第一份教师职位，前往德州休斯顿的贝勒医学院（Baylor College of Medicine）。在生化系工作期间，我许下学术（也是情感）承诺，一同和年轻人专注于一个意义重大的目标——纯化组蛋白乙酰转移酶(HATs)，博后期间我已留意到它在滋养核组蛋白制备物中促成恒态的高度乙酰化。不仅如此，纯化后的滋养核将是我们研究酶活性的有利开端，针对它的研究炙手可热却又时常让人摸不着头脑。这就是我们实验室的头号目标，接下来我们要做的就是在凉嗖嗖的“冷室”里耗去大量心血。

与此同时，由加州大学洛杉矶分校Michael Grunstein 和弗吉尼亚大学Mitch Smith 等人所从事的一项实验开始触发染色质领域的风暴，他们通过采用“酵母遗传学的惊人力量”来剖析组蛋白功能。相比之下，我们所做的在数百种银染凝胶实验中跟踪乙酰转移酶活性在成效上显然不如人家。而且，即使对我个人来说，我们那冰冷的实验室的确不怎么令人向往。作为项目负责人，我反复自问，即使在拥有四膜虫生物优势的前提下，我们是否真能成功纯化出乙酰转移酶。

接着，1988年一则突如其来的消息让我们感到忧心忡忡。在一篇备受关注的论文中，Grunstein 和他的同事们提出组蛋白H4中的氨基端区域在酵母菌中可有可无。贝勒医学院的每个人几乎都阅读《细胞》杂志，我的上司和同事询问我这一研究结论对于我手上的项目和未来意味着什么。毕竟，如果移去H4氨基端尾巴，就意味着拆除了乙酰化的所有已知场所（赖氨酸5，8，12和16），而如果酵母菌仍能存活，这证明组蛋白乙酰化的作用何在？最直白的理解就是他们的研究结论表明组蛋白乙酰化并不重要，至少在H4里如此。这算是我的第三次失败吗？更糟糕的是，我们承担的国立卫生研究院R01项目都是围绕着酶学和组蛋白乙酰化功能而展开，当时这一笔重要的科研经费马上要面临第一次竞争续约。我隐约意识到我们的处境岌岌可危，而我又再一次没有后备方案。

该提到Jim Brownell 了，他是当时一名极具才能禀赋的研究生，并且相当热爱跟酶打交道，即使场所是“冷室”。难道是我个人对于组蛋白乙酰化和乙酰转移酶重要性的执着追求感染到他？尤其是采用四膜虫的做法。Jim勇敢地加入了我们团队，并迅速“沉迷”于发现纤毛虫乙酰转移酶的神秘活力。

奇迹即将发生。当Jim把我们独创的乙酰转移酶胶内检测技术应用于他所纯化的最为彻底的组分后（由200公升四膜虫滋养核分离而成），他获得了一些SDS凝胶泳道，实现了微量测序，以及那个“条带” 的克隆。一条分子量为55千道尔顿的多肽（p55）开始抬头向我们致意，它在乙酰转移酶胶内检测中活力显著。接着，p55编码基因被克隆、测序（老式方法），Jim在“冷室”的巨大努力获得了丰厚的回报。四膜虫p55同源匹配麻省理工学院Leonard Guarante等人先前研究描述的一种酵母转录共激活物——Gcn5p。他们的实验证明，在酵母转录激活过程中，Gcn5p 扮演了一种重要但功能未知的正调控角色，尽管相关生化功能还有待进一步考证。Jim的研究证实四膜虫p55和酵母菌Gcn5p都具有新奇的催化功能 — 组蛋白酶促修饰。四膜虫p55是第一个被发现与转录相关的乙酰转移酶。

Jim于1996年发表的论文堪称业界里程碑（2014年入选《细胞》杂志“经典”文献，并由美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所Jerry Workman评注）。紧接着一个月后，哈佛大学的Stuart Schrieber及同事发表论文证实他们已独立研究识别出第一组组蛋白去乙酰化酶，并把一种哺乳动物组蛋白去乙酰化酶跟酵母菌中一种已知的转录阻遏物联系起来，在此背景下Jim的发现尤显意义重大。1996年这两篇论文的前后问世为现代染色质生物学拉开了帷幕。另外值得一提的是, Jim等人的论文于当年3月22日发表，那天刚好是我45岁生日。

1996年后，染色质生物学作为一个独立的领域终于可以扬眉吐气了。尽管不是所有人都看好染色质的作用，但那些最尖锐的批评者至少意识到此刻也许该停顿一下稍作思考。以往把组蛋白仅看做是包裹DNA的惰性结构的观点开始受到质疑。

正如早期染色质研究先驱，如Vincent Allfrey, Morton Bradbury, Colyn Crane-Robinson, Gordon Dixon等人所建议的，组蛋白翻译后共价修饰可作为一种新型的专用 “转换开关”可逆的调控基因表达；而这一过程主要是由蕴藏在更广为接受的转录装置复合物中的特定酶活所控制。

其实，组蛋白修饰并不是唯一能引起染色质纤丝变化的机制，很多业内人士提出像DNA甲基化，染色质重塑，组蛋白变体交换等在整体的基因调控中也发挥着关键作用。将它们跟人类生物学和疾病关联起来的尝试才刚刚开始，但我们已觉察到这被大家叫做“表观遗传学”的东西未来势必影响深远，意义超出DNA本身。

1996年后，全世界范围内染色质生物学和表观遗传学领域的重大发现硕果累累。在这我不试图去逐一罗列，但每每回顾那些我尤为欣赏的突破，我内心激荡喜悦，并期待未来会有更多的惊喜诞生。有时我需要向非专业听众介绍染色质调控的复杂生化过程，大家都知道我通常会把染色质的共价标记描述成一种语言。这一类比引申出与共价翻译后修饰相关的“书写器”、“擦除器”和“阅读器”等概念，同时持续扩展的修饰列表点缀着各种组蛋白和非组蛋白。如今，我们欣慰地看到，针对各种组蛋白修饰靶点的抗肿瘤药物得到开发，部分还获得美国食品和药物管理局许可。帮助人们更健康地生活是我们的终极使命。

我喜欢告诉我的听众，“组蛋白里的每一个氨基酸都重要”。但若缺乏组蛋白遗传学在酵母等便于基因操控的模式生物中发挥神奇魔力，这一概念也难以测试证明。

2012年，由加拿大麦吉尔大学（McGill University）Nada Jabado和美国圣·裘德儿童医院（St. Jude’s Children’s Hospital）Suzanne Baker 分别带领的团队独立作出了一个颠覆性发现。在很短间隔内，两个团队相继在人类组蛋白H3基因的单拷贝中发现高频突变，它常见于一种致命的儿童脑瘤。这些突变热点跟大家熟识的组蛋白修饰场所几乎重合，如各种能够被乙酰化或甲基化修饰的赖氨酸残基位点（例如H3 赖氨酸 27）。

致力于这项工作的我们还有其他研究者都希望能破解这些显性突变致病的内在机制，并了解表观遗传风貌改变促使肿瘤发生的原因。一旦突破，这就意味着针对患病儿童我们可能研制出更多新的疗法。许多儿童在确诊后两年内便离世。这场战斗风险系数异常高，但我们非赢不可。

我有幸见证了继1996年Brownell和Tauton发现之后科学进展上突飞猛进的辉煌20年。从博后进入染色质生物学领域至今，我的研究事业历经约40余载，其中不止一次产生过退缩和自我怀疑，永远没有稳妥的后备方案可依靠。我希望年轻科学家尽管去追随内心，虽然途中会遭遇困境或犯下错误，不要畏惧风险。

对我来说，“做科学”是特权，也是激情。这是世界上最精彩的工作，在我心中它无法被取代。科学还满富“人情味”；事业生涯中，我遇见结识了太多令我非常喜欢且钦佩有加的同伴，界内界外比比皆是。尽管我已卸下主力的角色，不再躬亲而作，我依然管理着一支出色的团队。成绩由他们创下，我仅仅辅助他们顺利打响第一枪。

原文发表于《生物化学杂志》，标题《朝向染色质生物学“修饰”我的事业》. C. David Allis. "Modifying" my career towards chromatin biology. the Journal of Biological Chemistry. 2015; Vol. 290, pages 15904-15908. ©美国生物化学与分子生物学学会。《赛先生》获《生物化学杂志》授权刊发。

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