Sila sproži ekspresijo gena s raztezanjem kromatina

KVADRAT – napovednik (Junij 2019).

Anonim

Kako so geni v naši DNK izraženi v lastnostih v celici, je zapletena skrivnost pri številnih akterjih, glavni osumljenci pa so kemični. Vendar pa je nova študija raziskovalcev in sodelavcev Univerze v Illinoisu na Kitajskem pokazala, da lahko zunanja mehanska sila neposredno uravnava izražanje genov. Študija je tudi določila pot, ki sili iz zunanje strani celice v jedro.

Določitev načinov, kako mehanske sile pošiljajo signale znotraj celic, ima aplikacije ne le v osnovni celični biologiji, ampak tudi pri raku, matičnih celicah in regenerativni medicini, pravi profesor mehanike in tehnike Ning Wang, ki je vodil študijo s profesorjem celic in razvojne biologije Andrew Belmont. Raziskovalci so svoje delo objavili v reviji Nature Materials.

"Vsaka celica v vašem telesu ima enako DNK, vendar se tkiva obnašajo zelo različno, ker so geni izraženi drugače, " je dejal Wang. "Toliko je, da ne vemo o ekspresiji genov. Mislim, da je to delo začetek razkrivanja nekaterih neznank."

Raziskovalci že dolgo vedo, da lahko sile, zunanje in notranje, vplivajo na vedenje celic. Toda vprašanje je razkril, ali so same sile sprožile spremembe v izražanju genov ali če so sile sprožile kemijsko signalizacijsko pot v celici.

"Celice imajo samo dve" čutili "za interakcijo z njihovim okoljem, " je dejal Wang. "Ne vidijo in ne slišijo, lahko pa" občutijo "mehanske sile in" okusne "kemične signale. Mnoge študije imajo podrobne poti za kemijsko signalizacijo, vendar je pomembno razumeti, kako mehanske sile vplivajo tudi na celico. pomembna kot kemična signalizacija, in ta študija kaže, da je neposredna pot. "

Raziskovalci so zataknili drobne magnetne kroglice na proteine, pritrjene na zunanje membrane celic hrčka. Sposobni so spremeniti smer in kot sile, ki so jo uporabljali kroglice, pri tem pa ohranjali dosledno velikost sile in ugotovili, da je zunanja sila neposredno povzročila, da se področja kromatina v jedru raztegnejo. Kromatin je kondenzirana zmes DNA in beljakovin, ki tvori kromosome. Z uporabo naprednih tehnik slikanja so raziskovalci odkrili povečano transkripcijo genov v raztegnjenih regijah.

"Delo v zadnjih desetletjih je povezano s dekondenzacijo kromosoma s povečanim izražanjem genov, vendar je bilo zelo težko razlikovati vzrok in učinek, " je povedal Belmont. "Ali aktivnost genov povzroča kromatin v dekondenzu ali pa dekondenzacija dejansko vodi do povečanega ekspresije gena? Tu smo videli, da raztezanje kromatina neposredno povzroča povečano ekspresijo genov, kar zagotavlja mehanizem, ki temelji na mehaniki, da celice zaznajo svoje okolje."

Stopnja raztezanja in s tem genska ekspresija se je spreminjala glede na smer sile v odnosu na celični citoskelet, notranji okvir proteinskih cevk, ki podpirajo celico.

"Actin v citoskeletu tvori snopke. Ko je sila pravokotna na snopke, je to, kot da skupljajo violinske strune", je dejal Wang. "To je neverjetno napeto in signal se prenaša skozi citoskelet v jedro in razteza kromatin. Na drugi strani, ob smeri niza, ni veliko vibracij, zato ima sila enake velikosti manjši učinek. Učinek postane močnejši, ko se kot približa 90 stopinj. "

Raziskovalci so lahko sledili sili in identificirali pot, ki jo potuje vzdolž citoskeletona k kromatinu v jedru. Poznavanje poti je pomembno, je dejal Wang, saj lahko raziskovalci podrobneje preučijo mehansko signalizacijo in morda razvijejo načine, kako ga uporabiti za regulacijo genov ali določiti cilje za terapije raka.

Na primer, Wangova skupina je objavila več študij, ki podrobno opisujejo edinstvene mehanske lastnosti tumorskih celic, rakavih celic, ki se izognejo standardnim zdravljenjem z zdravili in se nagibajo k metastaziranju na novih lokacijah. Upa, da bo ta študija odprla nove načine napada, da bi onemogočila nastanek tumorskih celic z manj neželenimi učinki kot tradicionalna zdravljenja raka.

Zdaj, ko so podrobno opisali, kako sile vplivajo na raztezanje kromatina, raziskovalci začenjajo pogledati, kako sile vplivajo na stiskanje kromatina in kaj to pomeni za izražanje genov. Nadalje se preizkušajo tudi pri drugih dejavnikih, ki uravnavajo izražanje genov, ko se kromatin raztegne.

"Ko uporabljamo te sile, zakaj so nekateri geni aktivirani, medtem ko nekateri niso? Mislimo, da obstajajo dejavniki, ki zavirajo, tako da nekateri geni niso pripravljeni, da bi bili aktivirani s silo, " je dejal Wang.

menu
menu