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科学家发现了关键的生物开关可以帮助细胞适应

北卡罗来纳州夏佩尔山-2019年11月5日-UNC医学院和斯坦福大学的科学家发现了可能是一种基本的生物学机制,可以帮助生物适应环境中营养物质的快速变化。

科学家在《分子细胞》上发表的一项研究中发现,在细胞营养改变的条件下,组蛋白的化学标记(参与我们DNA功能的关键蛋白质)自然发生,因为细胞改变了它们的制造能量的方式,并可以抑制否则会驱动细胞生长的基因。该化学标记被称为巴豆酰化,到目前为止,其功能尚不为人所知。

研究共同资深作者Brian Strahl博士说:“我们的发现有助于解释细胞外部不断变化的营养环境如何以适当的基因打开或关闭的方式与细胞核进行通讯。”生物化学和生物物理系教授和副主席,UNC大学医学院的Oliver Smithies研究员,UNC Lineberger综合癌症中心成员。

这项研究是斯特拉尔实验室与斯坦福大学生物学系副教授阿什比·莫里森博士之间的合作。莫里森进一步阐述说:“我们确定了机制,一旦细胞在当地环境中受到限制,细胞就可以迅速减少其能量消耗。生长基因的表达极其耗能,在营养有限的环境中需要对其进行严格调节为了确保生存。”

这一发现揭示了细胞改变基因表达程序以适应低营养条件的关键机制,从而推动了基础科学的发展。但是它也可能具有长期的临床意义,包括我们对癌症的理解和治疗。这项研究确定了一种关键的酵母蛋白Taf14,它可以调节巴豆酰化的改变生长的功能。类似于Taf14的人类蛋白质通常会在癌症中被破坏,这暗示该信号传导机制可能成为癌症治疗的未来目标。

巴豆酰标记出现在称为组蛋白的支持蛋白上,通常在其周围缠绕DNA。像组蛋白上的其他化学标记一样,巴豆酰标记被认为可以通过放松或拉紧DNA的局部包裹来起作用,这样受影响的基因可以变得活跃或被迫失活。这种组蛋白标记被广泛称为“表观遗传”标记,因为它们有效地帮助控制或编程细胞中哪些基因被打开以及哪些基因被关闭。

巴豆酰标记的确切功能有些神秘。但是斯特拉尔(Strahl)和莫里森(Morrison)的实验室发现了证据,这些证据是在低营养条件下自然产生的,这是因为与葡萄糖有关的细胞中主要的化学能形式无法获得,并且细胞开始从与脂肪相关的分子中清除化学能。脂肪酸是这种替代能源生产过程的副产品,并很快进入核子。那里的酶开始将这些脂肪酸的一种形式巴豆酰基附着到组蛋白上。这会迫使基因活性发生变化,从而减慢生长速度,否则会使细胞适应低营养条件。

Strahl说:“这是自然界进化出的一种优雅方式,可以利用细胞中发生的代谢事件来控制基因组。”

在这种情况下,巴豆酰化似乎具有与众所周知的称为乙酰化的组蛋白标记几乎相反的功能,该组蛋白标记使用正常的葡萄糖相关能量产生的副产物来保持生长基因的开启。

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