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RNA关键在于帮助干细胞了解将要变成什么

  • 科学
  • 2020-07-08 08:33:56
  • 来源:

天龙八部私服发布网 www.famlot.com 深入研究我们的细胞内部,您会发现每个细胞都有相同的基因组-一组完整的基因,可为我们的细胞的形态和功能提供指导。

但是,如果每个蓝图都相同,为什么眼细胞的外观和行为与皮肤细胞或脑细胞不同?干细胞(构成我们的器官和组织细胞的原料)如何知道会变成什么?

在7月8日发表的一项研究中,科罗拉多大学博尔德分校的研究人员距离回答这个基本问题更近了一步,认为分子信使RNA(核糖核酸)在细胞分化中起着不可或缺的作用,是我们基因与其他基因之间的桥梁。所谓的“表观遗传”机器,可以打开和关闭它们。

研究人员在《自然遗传学》(Nature Genetics)杂志上报告说,当那座桥梁失踪或有缺陷时,干细胞正朝着成为心脏细胞的方向发展,永远不会学会如何跳动。

这篇文章发表之时,制药公司对RNA产生了空前的兴趣。而且,尽管这项研究还很年轻,但它最终可能会为以RNA靶向的新疗法的开发提供信息,从癌症治疗到针对心脏异常的疗法。

共同资深作者,诺贝尔奖获得者,著名作家托马斯·切赫(Thomas Cech)说:“并非所有基因都在所有细胞中始终表达所有基因。而是,每种组织类型都有其自己的表观遗传程序,该程序决定何时打开或关闭哪些基因。生物化学教授。“我们非常详细地确定,RNA是这种表观遗传沉默的主要调控者,并且在没有RNA的情况下,该系统无法工作。这对生命至关重要。”

几十年来,科学家已经知道,尽管每个细胞都有相同的基因,但不同器官和组织中的细胞却表达不同的基因。表观遗传学,或打开或关闭基因的机制,使之成为可能。

但是,该机器的工作方式尚不清楚。

2006年,现任CU Boulder生物化学教授,新论文的共同作者之一的约翰·里恩(John Rinn)首次提出,RNA(常常被人们忽略的DNA兄弟姐妹(脱氧核糖核酸))可能是关键。

林恩在《细胞》杂志上的一篇地标性论文中指出,RNA在细胞核内附着在折叠的蛋白质簇上,该蛋白质簇称为聚梳抑制复合物(PRC2),据信它可以调节基因表达。此后,许多其他研究也发现了相同之处,并补充说不同的RNA也会结合不同的蛋白质复合物。

争论激烈的问题:这在决定一个牢房的命运时真的重要吗?

此后,发表了不少于502篇论文。一些确定的RNA是表观遗传学中的关键。其他人则完全不认为它是切线的。

因此,2015年,Cech实验室的生物化学家和博士后研究员龙一成(Yicheng Long)着手使用最新的可用工具再次提出问题。在一次偶然的机会中,他们的两个实验室都在设有生物前沿研究所的BioFrontiers研究所的休息室里举行了会议,Long碰到了Rinn实验室的计算生物学家Taeyoung Hwang。

独特的合作关系诞生了。

Hwang和Long共同是新论文的第一作者,他说:“我们能够使用数据科学方法和强大的计算能力来理解分子模式,并以新颖,定量的方式评估RNA的作用。”

然后,在实验室中,研究小组使用一种简单的酶去除了细胞中的所有RNA,以了解表观遗传机制是否仍然找到了使DNA沉默的方法。答案是“不”。

朗说:“ RNA似乎起着空中交通管制员的作用,将飞机或蛋白质复合物引导到DNA的正确位置,以着陆并沉默基因。”

第三步,他们使用了称为CRISPR的基因编辑技术,开发了一系列注定要成为人类心肌细胞的干细胞,但其中的蛋白质复合物PRC2无法与RNA结合。从本质上讲,飞机无法与空中交通管制系统连接,迷路了,整个过程分崩离析。

到了第7天,正常的干细胞已经开始看起来和作用像心脏细胞。但是突变细胞没有跳动。值得注意的是,当恢复正常的PRC2时,它们开始表现得更加正常。

“我们现在可以毫不含糊地说,RNA在细胞分化过程中至关重要。” Long说。

先前的研究已经表明,破坏RNA与这些蛋白质结合能力的人类基因突变会增加某些癌症和胎儿心脏异常的风险。最终,研究人员设想了一天,可以使用RNA靶向疗法来解决此类问题。

Rinn说:“这些发现将建立一个新的科学阶段,表明表观遗传学与RNA生物学之间有着密不可分的联系。” “它们对于理解和解决人类疾病的发展可能具有广泛的意义。”

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