研究揭示了细胞在发育成特定细胞时是如何“忘记过去”的
来源：news medical | 校审：Kate Anderton | 2019-11-7 | 翻译：聚生物
同一个体内所有细胞都含有相同的遗传物质。因此，细胞之间的差异仅仅取决于哪些基因被表达或“开启”。现在，哥本哈根大学的研究人员已经对基因是如何被打开和关闭，以及细胞如何“忘记过去”而发展成身体中的一个特定细胞有了新的见解。这一研究发表在《Nature》杂志上，对干细胞治疗和潜在的癌症治疗至关重要。
干细胞都具有发育成体内任何特定细胞的潜能。因此，许多研究人员正试图回答这些基本问题：是什么决定了细胞的发育命运，以及细胞何时以及为什么会丧失发育成任何细胞的潜力。
现在，哥本哈根大学诺和诺德基金会干细胞生物学中心(DanStem)的研究人员发现了干细胞如何失去这种潜力，因此可以说是“忘记了他们的过去”。结果发现，被称为转录因子的蛋白质所起的作用比科学家们想象的还要多。30年来，人们一直认为转录因子是基因表达的引擎，通过打开和关闭基因来触发这些变化。然而，发表在《Nature》杂志上的新研究结果却揭示了一些截然不同的东西。
“我们以前认为转录因子是决定一个基因是否被表达并随后翻译成相应蛋白质的过程的驱动因素。我们的新结果表明，转录因子可能更类似于细胞的记忆。只要转录因子与一个基因相连，就可以读取（打开）该基因，但细胞接收到的外部信号似乎决定了该基因是打开还是关闭。一旦转录因子消失，细胞就不能再回到原点。”乔希·布里克曼，哥本哈根大学丹斯特姆(Dan Stem)分校教授兼组长说。
细胞如何缓慢地从一种状态发展到另一种状态是理解多细胞生物中细胞行为的关键。干细胞研究人员认为这是至关重要的，这就是为什么他们不断尝试改进技术，将人体最基本的细胞发展成各种特定类型的细胞，这些细胞可以用来再生受损组织。然而，到目前为止，研究使细胞转换身份所需的信号是极其困难的，因为使培养皿中的所有细胞同时做同样的事情是非常困难的。
以蛋白质为中心的观点
研究人员开发了一种干细胞模型来模拟细胞对信号的反应，并首次用它来精确地确定基因在对干细胞信号的反应中被打开和关闭的事件序列。研究人员能够描述基因是如何被打开和关闭的，以及在什么情况下，一个细胞可以朝着某个方向发展，但随后选择回到起点。
这项工作的一部分涉及通过与诺和诺德基金会蛋白质研究中心Jesper Olsen小组的重要合作，利用先进的质谱技术测量细胞中的蛋白质是如何通过磷酸化修饰的。
老科学问题的新答案
这些结果令人惊讶。虽然在此之前，细胞转录过程的并不能像本研究中那样精确地测量，但其基本原理是，转录因子包含了启动单个基因转录所必需的开关。但对于胚胎干细胞和其他类型的细胞，情况就不同了。
“转录因子仍然是一个关键信号，但它们并不像之前认为的那样驱动这一过程。一旦它们结合到基因上，基因就可以被读取，并且在读取基因之后，它们会保持一段时间。当转录因子消失后，可以读取基因的窗口会再次关闭。你可以把它与飞机经过时你在天空中看到的蒸汽轨迹进行比较。它们会逗留一段时间，但又会慢慢消散，”第一作者、丹斯特姆学院(DanStem)助理教授威廉•汉密尔顿(William Hamilton)解释道。
这一发现首先是基本知识的变化，它改变了分子生物学的基本假设。这些新的结果对于研究干细胞和癌症生物学的研究人员尤其重要。它们为细胞的发育提供了新的洞察机会，参与发育的途径如何决定细胞何时改变，何时到达无法返回的点。这些途径在癌症中也经常发生，本研究的结果对恶性肿瘤的研究具有一定的参考价值。
“在这个项目中，我们重点关注成纤维细胞生长因子(FGF)-细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路，这是从细胞表面受体到细胞核内DNA的信号通路。这一途径在许多类型的癌症中是失调的，因此，我们希望这项研究中的许多数据将有助于了解癌症生物学的各个方面，为明确针对癌细胞中这一信号通路的新方法指明方向，”Josh Brickman总结道。
Source:
University of Copenhagen The Faculty of Health and Medical Sciences
Journal reference:
Hamilton, W.B., et al. (2019) Dynamic lineage priming is driven via direct enhancer regulation by ERK. Nature. doi.org/10.1038/s41586-019-1732-z.
郑重声明：本网所有文章（包括图片和音视频资料）系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。所有文章版权归原作者所有,且仅代表作者观点，不代表本站立场。如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，谢谢。