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揭示细胞在复制期间如何维持它的身份

更新时间:2017-09-16 13:59:24 | fx_fec7ab3d

  在细胞分裂之前,染色体似乎是乱七八糟的。在细胞分裂期间,亲本细胞染色体和它们的副本通过浓缩和变得比任何其他的时候紧凑上千倍而自我解决这个问题。科学家们长期假设基因在细胞分裂期间是“沉默的”,不会产生蛋白或调节因子。这就产生了基因在细胞分裂后如何正确地被重新激活的问题。如今,在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员发现基因表达实际上在细胞分裂期间持续发生。相关研究结果于2017年9月14日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Mitotic transcription and waves of gene reactivation during mitotic exit”。

  论文通信作者、宾夕法尼亚大学再生医学研究所主任、细胞与发育生物学教授Kenneth S. Zaret博士说,“我们从解答是什么控制细胞身份和我们如何能够利用这一点进行细胞重编程来阻止癌细胞复制或对细胞进行改造操纵它的身份的角度研究了这个问题。在人体发现的200种左右的细胞类型中,一个细胞表达的一组基因决定着它是皮肤细胞、神经细胞还是心肌细胞。”

  这个领域之前的研究也试图找出最佳的时间进行介入以便改变细胞的命运。这项新的研究转变方向,探究细胞如何从一种静止的基因状态切换到具有一组完全活性的基因和调节分子,从而控制着该细胞的身份。

  论文第一作者、Zaret实验室博士生Katherine C. Palozola是首次发现一种方法在细胞分裂期间研究活细胞的基因活性。利用人肝细胞系,她对尿苷酸进行标记,随后对它进行追踪来观察哪些基因在复制期间仍然有活性。

  Palozola说,“我们吃惊地发现在复制期间,基因表达仍然开启,不过以较低的水平发生着。”

  尽管染色体在细胞分裂期间是非常紧凑的,使得产生调节分子的DNA序列掩藏着,因而之前有人猜测它们不能够发生转录,但是Palozola发现大多数基因和它们附近的促进基因功能的区域仍然积极地表达。她发现在细胞分裂之后,细胞如何苏醒和回忆起“它们是谁”。最终促进细胞分化的是增强子序列,增强子远离它们发挥作用的基因。

  美国费城儿童医院的Gerd Blobel团队之前已证实这些增强子在细胞分裂期间打“瞌睡”,而且鉴于这种瞌睡仅持续大约30分钟(按生物学术语来说,这是相对较快的),在一个细胞分裂周期完成后,它们就满血复活了。

  Zaret说,“这项研究最令人惊奇的地方在于最终,我们必须将我们在这个时间窗口对基因调控的基本方面的认识抛到一边。这些发现表明我们需要考虑启动子而不是增强子在细胞分裂期间受到调节。这种关注焦心重新调整将告诉我们细胞的身份(由它表达的基因确定着的)如何在细胞分裂期间得以维持。我们希望这将会促进我们有意地改变一种细胞的身份从而产生新的细胞和组织用于治疗和研究。”