科學(xué)家確定蛋白質(zhì)在關(guān)鍵基因表達(dá)中的作用

北卡羅來納州教堂山——我們身體中的每個(gè)細(xì)胞都需要一個(gè)燃料來源來生長和分裂以維持生命。大多數(shù)細(xì)胞更喜歡含高能量糖的燃料來源，但很多時(shí)候我們的細(xì)胞發(fā)現(xiàn)自己供不應(yīng)求，必須尋找其他能量來源來維持基本功能以維持生命。隨著大多數(shù)生物體經(jīng)歷盛宴和饑荒，細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)化出對(duì)不斷變化的營養(yǎng)環(huán)境做出快速反應(yīng)的方式。UNC 醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和生物物理學(xué)系臨時(shí)主席Brian Strahl 博士的實(shí)驗(yàn)室揭示了細(xì)胞如何做到這一點(diǎn)的更多細(xì)節(jié)，深入了解細(xì)胞表觀遺傳學(xué)影響生物學(xué)和疾病的基本方式。

這項(xiàng)發(fā)表在Genes & Development 上的研究對(duì)癌癥研究具有重要意義，因?yàn)樗忉屃思?xì)胞如何在沒有高能量來源的情況下轉(zhuǎn)錄基因的悖論的一部分，這種情況在癌癥中出現(xiàn)并且多年來一直困擾著研究人員。

在細(xì)胞擁有大量能量的情況下，生物體會(huì)產(chǎn)生高能分子，為細(xì)胞的生長和分裂提供燃料。事實(shí)上，癌細(xì)胞的一個(gè)特性是獲得大量的糖來養(yǎng)活癌癥的生長。相比之下，當(dāng)細(xì)胞耗盡這些“首選”能源時(shí)，它們會(huì)轉(zhuǎn)向其他方式(或代謝系統(tǒng))來創(chuàng)造能量以維持生命。與節(jié)食的情況一樣，細(xì)胞會(huì)在禁食時(shí)分解脂肪。細(xì)胞能夠很好地應(yīng)對(duì)不斷變化的營養(yǎng)環(huán)境。

“但細(xì)胞如何適應(yīng)這些變化并啟動(dòng)其專門的基因表達(dá)程序以處理細(xì)胞在營養(yǎng)通量下創(chuàng)造的新工作是該領(lǐng)域的一大謎團(tuán)，”該論文的高級(jí)作者兼 Oliver Smithies 研究員 Strahl 說。在 UNC-教堂山。為了研究細(xì)胞是如何做到這一點(diǎn)的，Strahl 的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用了一種專門的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，使它們能夠在一個(gè)可以精確控制可用能源的腔室中培養(yǎng)一種天然存在的酵母。通過這樣做，他們能夠迫使酵母經(jīng)歷他們可以輕松研究的盛宴和饑荒的波浪。盛宴和饑荒的浪潮導(dǎo)致代謝變化的浪潮，這使研究人員能夠檢查基因水平上發(fā)生的事情的細(xì)節(jié)。

所有細(xì)胞都具有相同的遺傳信息或生命藍(lán)圖，但以不同的方式使用這些信息來創(chuàng)造特殊的功能——例如，創(chuàng)造不同的細(xì)胞類型或組織——甚至處理環(huán)境的變化，如能量通量。數(shù)十年的研究表明，在基因組藍(lán)圖中激活不同基因的方式是通過向包裹我們 DNA 的稱為組蛋白的蛋白質(zhì)添加少量化學(xué)物質(zhì)(或分子標(biāo)簽)。化學(xué)信號(hào)或標(biāo)簽有助于推動(dòng) DNA “打開”并打開基因或“關(guān)閉”并關(guān)閉基因。然而，人們對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的變化如何有效地與基因組“對(duì)話”以指示基因表達(dá)的變化知之甚少。

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