DNA包装有利于调节细胞同一性

日期: 2017年10月17日


    

导读:新研究发现,这些边缘地带的某些特殊LADs有助于细胞同一性的定义。例如,如果把神经细胞基因放在LADs区,它们就不会表达,细胞也无法发育为神经元;在心脏发育过程中,心脏细胞基因如果可以被及时释放并表达,心肌细胞就能得以生成。赛业小编为您呈现“DNA包装有利于调节细胞同一性”,详情如下:

  

“DNA包装有利于调节细胞同一性”


对于肌肉细胞、神经细胞等细胞不同身份的形成机制,目前仍处于未完全了解阶段。但是,许多疾病,包括癌症都与细胞在成熟过程中“走错发展路线”有关。宾大医学院的一项最新研究表明,干细胞分化为心肌细胞的能力,很大程度上取决于可被激活的基因组组成,这与DNA在细胞核内的所处位置有关。


本篇《Cell》文章的通讯作者、心血管医学助理教授Rajan Jain医学博士说:“我们想了解一个细胞响应分子信息,正确变为一种细胞或其他类型细胞的所有分子步骤。”这项研究还表明,控制细胞分化的速度对再生医学有重要意义。


由于基因组的某些区域经过致密压缩,紧靠着细胞核内膜(核纤层, lamina)而无法被表达。这些被沉默的DNA序列被称作“核纤层蛋白相关域(Lamin Associated Domains, LADs)”。


新研究发现,这些边缘地带的某些特殊LADs有助于细胞同一性的定义。例如,如果把神经细胞基因放在LADs区,它们就不会表达,细胞也无法发育为神经元;在心脏发育过程中,心脏细胞基因如果可以被及时释放并表达,心肌细胞就能得以生成。


多年来,细胞生物学家知道内核膜附近存在一些基因,但这种组织方式的意义并不清楚。“我们的工作表明,细胞通过把影响它成熟发育为其他细胞类型的关键基因放置在不易接近的禁闭中,来维持身份的同一性,”Jain说。“换句话说,细胞沉默‘我不是谁’来定义’我是谁’。”


研究小组找到了一个表观遗传酶,组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylase,Hdac3),拉扯“我不是谁”DNA靠近细胞核边缘。于是,研究人员基因敲除了干细胞的Hdac3,在心脏细胞分化过程中这些细胞的非心脏细胞特异性基因开始不受限制的激活表达,导致了细胞的早熟和过快分化。


研究人员还讨论了干细胞和发育生物学的一个经典概念“competence”——细胞以特定方式对周围环境做出反应的能力。例如,一部分肺细胞对香烟烟雾的反应是癌变,另一部分肺细胞却不会这样。研究人员推测,这种反应差异可能是不同细胞有活性的基因组对香烟烟雾中的化学物质的不同反应,或是不敏感细胞的敏感基因被封锁在了细胞核的边缘地带。


本文的共同通讯作者、宾大医学院常务副院长Jonathan A. Epstein和Jain等其他研究员正在探索细胞核边缘的基因组结构域变化和使它们定位于此的分子束缚力变化对癌症易感性的影响。


这种机制也与核纤层遗传异常引起的肌营养不良、心脏衰竭、过早老化等其他疑难杂症有关。“我们的目标是确定这些突变是否会导致DNA拖拽和基因表达异常。”


将来,研究人员计划操纵DNA的空间组织排布,诱导细胞身份,试探哪种排布方式与细胞身份丧失引起的人类疾病(包括糖尿病、阿尔兹海默症、心力衰竭和癌症)有关,他们正在拓展人类核纤层突变患者研究。


原文检索:


Genome-Nuclear Lamina Interactions Regulate Cardiac Stem Cell Lineage Restriction. doi.org/10.1016/j.cell.2017.09.018


来源:生物通——由赛业生物科技有限公司转载发布

  

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