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  • Science:細胞分化的通用規則

     

        日本RIKEN牽頭的國際合作項目FANTOM(Functional Annotation of the Mammalian Genome)在本期Science雜志上發表了一項具有里程碑意義的新成果。

     

        研究人員對不同細胞類型的RNA表達進行了廣泛的分析。他們發現,當細胞經歷表型改變(比如細胞分化)時,最開始活化的是增強子區域。增強子是一種重要的調控開關,一般離自己激活的基因比較遠。

     

        細胞進行分化或者應答外界刺激的時候,會發生受到嚴格控制的轉錄改變。在這一過程中有兩種調控元件在起作用,位于調控基因附近的啟動子,和遠離調控基因的增強子。不過,人們此前并不清楚這兩種元件的作用順序,推測它們差不多同時起作用。

     

        研究人員讓19種人類細胞和14種小鼠細胞經歷不同類型的改變,并在這一過程中進行檢測和分析。他們發現,是增強子活化觸發了一系列后續事件,最終顯著改變細胞的表型。

     

        研究顯示,在細胞受到刺激后的頭15分鐘增強子激活,30-100分鐘特定調控基因(轉錄因子)被激活,然后其他基因陸續激活促成一系列改變。這項研究中的所有細胞都共享這一模式,說明這是細胞分化背后的一種通用規則,適用于所有哺乳動物細胞。

     

        研究人員使用自己開發的CAGE技術,在不同類型的細胞改變中,檢測了轉錄的起始情況,涉及了干細胞終末分化、以及細胞對生長因子或病原體刺激的應答。

    這是FANTOM項目取得的又一個突破性成果。2014年三月,該項目團隊也是用CAGE技術鑒定了絕大多數哺乳動物細胞使用的啟動子和增強子?,F在他們又通過CAGE技術明確了這兩種元件的作用順序。

     

        “這是一個振奮人心的發現,可以幫助我們更好的理解細胞的適應和分化,”文章的第一作者Erik Arner說。

    “現在我們認識到增強子的主導作用,可以在此基礎上改進方法,推動胚胎干細胞和iPS細胞的分化。增強子能誘導出組織特異性的基因表達,可能還涉及了表觀基因組的改變。因此,增強子活性可能是有效細胞操縱的關鍵,”RIKEN的Yoshihide Hayashizaki在談到這項研究的意義時說。

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