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Cell重要成果:發現細胞的“身份證”

日期:2014-08-04 08:59:27

 

細胞依賴于一些途徑來確立它們的身份和功能。現在來自斯坦福大學的研究人員稱,他們發現了標記人體中不同類型細胞身份的一種新型機制,其阻止了細胞轉變為其他的類型。這一重要的研究發表在《細胞》(Cell)雜志上。

 

數十年前,科學家們就已經學會了讀取細胞利用來將一連串的DNA堿基轉變為蛋白質氨基酸的基本遺傳密碼。但是十多年來,他們還在試圖破譯嵌入在生物體基因組中更為復雜的密碼:組蛋白密碼。組蛋白是指在染色體中DNA纏繞的一類特殊蛋白。采用化學方法以各種方式調整組蛋白就可以調節(上調或是下調)基因的活性。

 

例如,細胞通過將三個甲基附著到H3組蛋白的一個特異位點上就可以關閉一些基因。而將三個甲基附著到另一個H3位點上,這種稱之為H3K4me3的修飾則可對基因表達發揮正調控效應。細胞通常將H3K4me3標記添加到基因組小段區域的組蛋白上,然而現在研究人員注意到這種標記有時可以遍布于更大的區域,修飾大量的組蛋白。

 

為了查明這些大H3K4me3標記區域是否在組蛋白密碼中傳送了一種信息,斯坦福大學的分子遺傳學家Anne Brunet和同事們在20多種不同的細胞類型中追蹤了它們的存在。他們發現在不同的細胞類型中廣大的H3K4me3區域標記了不同的基因。由此,研究人員認識到根據廣大H3K4me3區域的染色質定位,他們就可以將肝細胞與肌肉細胞或腎細胞區分開來。此外,他們還注意到這些H3K4me3區域往往標記的是對細胞功能至關重要,或是幫助細胞確立獨特身份的一些基因。例如,在胚胎干細胞中它們出現在控制細胞特化能力的一些基因上。

 

研究人員在成體神經祖細胞中利用一種叫做RNAi的技術,進一步證實這些標記表明了細胞的身份。當他們利用RNAi來下調攜帶大塊H3K4me3標記的一些基因時,發現損害了細胞增殖和生成神經元的能力。而當研究人員沉默只有短H3K4me3標記區域或根本沒有H3K4me3區域的基因時,祖細胞仍然正常分裂。換句話說,大H3K4me3標記區域的存在有可能幫助了細胞終身維持身份。盡管細胞利用了幾種方法來確立它們的身份,“我們發現了一種新的標記,”Brunet說。

 

凱斯西儲大學表觀基因組學家Peter Scacheri對這篇論文給予了高度的評價:“我認為它將震動研究團體。盡管許多其他的科學家們一直在研究H3K4me3標記,認為這一標記可以區分所有的細胞類型這一觀點真是令人震驚。檢測這些標記非常容易,因此這一研究發現使得人們能夠快速地鑒別一些細胞類型,在諸如癌癥診斷等情況下它將派上用場。”

 


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