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婴儿细胞通过Lsd1基因学习交流
来源 : 科学之家   发布时间 : 2015-01-26 18:08
图片说明:果蝇的卵巢细胞,红色代表特定的功能区域,绿色代表特殊的基因表达,蓝色代表细胞核的DNA。图片来源:esciencenews.com

当孩子还小的时候,我们并不希望他加入团队或者参与社会活动,因为那往往要求有复杂的交流能力。目前,发育生物学家一般认为,刚从胚胎干细胞发育而来的被称为“先觉者”(progenitor)的年轻细胞,已经具备足够的能力与其它细胞进行交流。卡耐基研究院的Allan Spradling以及博士后Ming-Chia Lee的研究表明,婴儿细胞在参与细胞与细胞的交流之前会通过特殊的基因来完成细胞的发育过程,这也是正常细胞发育以及保证机体组织正常功能的基础。研究细胞处于无法与外界细胞完全交流的婴儿期现象,会使得我们对于正常细胞发育过程中以及癌细胞发育过程中基因表达对于染色体变化的影响有着更深的理解。该项研究发表在期刊Genes and Development上。

分子包裹染色体的方式主要是用于控制基因的活性,这个过程被称为“表观遗传状态”(epigenetic state)。表观遗传状态是理解Spradling和Lee的研究的基础。对于发育生物学家来说,在表观遗传状态过程中发生的变化最终解释了在组织成熟过程中细胞的特性是如何发生改变的。

Spradling解释说:“简单来说,获取发育细胞在表观遗传状态中发生的变化可以更好地记录大脑在童年学习过程中的变化。这是因为如何描绘出儿童学习过程中大脑所发生的变化依然是一个难题,准确地测量在细胞发育过程中表观遗传状态的变化依然非常困难。这主要是由于之前的研究过程无法获取足够多的细胞来准确地描绘出特殊染色体位置的特殊分子。”

Lee和Spradling利用最先进的基因工具在果蝇的基因研究中克服了这一障碍,为细胞发育过程中表观状态的研究提供了全新的视角。

他们使用了各种工具和技术,研究了果蝇的卵巢,并成功鉴定出了一种被称为lsd1的特殊基因,该基因在卵泡原始细胞以正常速率发育成成熟细胞的过程中发挥重要作用。研究者们发现卵泡原始细胞中由Lsd1基因编码的一种蛋白的数量在细胞分化时减少。更重要的是,通过改变卵泡原始细胞中Lsd1蛋白的水平可以改变细胞分化的时间。他们由此推断,当Lsd1蛋白的浓度低于一定的临界阈值时,细胞就会发生分化,该蛋白还与基因何时稳定的表达有关。

Lee说:“细胞分化的时机对于细胞的正常发育非常重要,分化的启动时间决定了卵泡原始细胞的分化次数,即使是非常小的Lsd1蛋白含量的变化所引起的卵泡细胞数量上的变化,都会减弱卵巢的功能。”

之前,科学家们一般认为卵泡原始细胞在收到另外的生殖细胞的信号之后才开始进行分化。Lee和Spradling发现,尽管外来生殖细胞的信号非常重要,但是在卵泡原始细胞做出响应之前,该信号也在定时地发送。相反,卵泡原始细胞对信号做出反应以及发生分化的过程主要是由Lsd1基因对表观遗传状态的调控来进行时间控制的。一旦时机成熟,分化的卵泡细胞就会和它周围的细胞进行广泛的交流,这将贯穿细胞的整个生命过程。

在基础生物学研究中,目前研究的分子及其机理在大多数多细胞生物中也经常发现。因此,研究者们也将这一分子与机理广泛地应用于动物世界中,包括人类。

另外,该项研究不仅对理解正常发育过程中动物染色体是如何发生变化的的问题意义重大,对阐明发生在一些癌症中的表观状态的变化也有不小的帮助。在这些癌症中,很小部分的细胞会表达高水平的Lsd1蛋白,从而表现的像未分化的原始细胞一样。

Lee补充说:“研究果蝇卵泡细胞分化让我们对Lsd1基因在正常细胞以及癌细胞的祖细胞中究竟发挥什么作用有了更深的理解。”(科学之家,译审:XQ Chen)


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