30年來,傳統(tǒng)觀點一直認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子是基因表達(dá)的引擎,通過打開和關(guān)閉基因來觸發(fā)這些變化。但是,Nature雜志上發(fā)表的一項新研究結(jié)果揭示了全新的觀點。
干細(xì)胞都具有發(fā)展為體內(nèi)任何特定細(xì)胞的潛力,對于這種神奇的現(xiàn)象,許多科學(xué)家們都試圖解答其中的一些基本問題,這些問題決定了細(xì)胞的發(fā)育命運,以及何時,為什么細(xì)胞失去了發(fā)育成任何細(xì)胞的潛力。
近期,來自哥本哈根大學(xué)的Novo Nordisk基金會干細(xì)胞生物學(xué)中心的研究人員發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞如何失去這種潛力的原因,他們說這就是細(xì)胞“忘記了過去”。
事實證明,轉(zhuǎn)錄因子這種蛋白質(zhì)起著科學(xué)家們意想不到的其他作用。 30年來,傳統(tǒng)觀點一直認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子是基因表達(dá)的引擎,通過打開和關(guān)閉基因來觸發(fā)這些變化。但是,Nature雜志上發(fā)表的一項新研究結(jié)果揭示了全新的觀點。
“我們以前認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子能驅(qū)動基因是否表達(dá),并在隨后翻譯成相應(yīng)蛋白質(zhì)的過程。但是xin結(jié)果表明,轉(zhuǎn)錄因子可能與細(xì)胞的記憶更為相似。只要轉(zhuǎn)錄因子與一個基因相連,該基因可以被讀取(打開),細(xì)胞接收到的外部信號似乎決定了該基因是打開還是關(guān)閉。一旦轉(zhuǎn)錄因子消失,細(xì)胞就不再能夠回到原點。”哥本哈根大學(xué)Josh Brickman解釋說。
細(xì)胞如何從一種狀態(tài)緩慢發(fā)展到另一種狀態(tài),是理解多細(xì)胞生物中細(xì)胞行為的關(guān)鍵。干細(xì)胞研究人員認(rèn)為這至關(guān)重要,因此他們不斷嘗試完善技術(shù),開展研究。然而,到目前為止,要想研究使細(xì)胞切換身份所需的信號非常困難,因為這需要培養(yǎng)皿中的所有細(xì)胞同時做同一件事,這是非常困難的。
以蛋白質(zhì)為中心的觀點
為此,在這篇文章中,研究人員開發(fā)了一種干細(xì)胞模型來模擬細(xì)胞對信號的反應(yīng),并將其用于確定基因響應(yīng)干細(xì)胞信號,開啟和關(guān)閉事件的順序。研究人員能夠描述基因是如何打開和關(guān)閉的,以及在什么情況下細(xì)胞可以朝某個方向發(fā)展,然后選擇返回起點。
這項研究利用了先進(jìn)的質(zhì)譜技術(shù)測量細(xì)胞中蛋白質(zhì)的磷酸化修飾。Brickman表示:“研究組合作,使我們能夠?qū)?xì)胞中的單個蛋白質(zhì)如何對外界信號做出反應(yīng),得到*的深刻理解。”
對舊科學(xué)問題的新答案
這些結(jié)果令人驚訝。盡管以前無法像本研究那樣準(zhǔn)確地測量細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過程的序列,但傳統(tǒng)觀點認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子包含了對于啟動單個基因的轉(zhuǎn)錄至關(guān)重要的啟動開關(guān),但胚胎干細(xì)胞和其他細(xì)胞類型并非如此。
“轉(zhuǎn)錄因子仍然是一個關(guān)鍵信號,但是它們并不是像以前所認(rèn)為的那樣推動這一過程。它們的作用是讀取基因,并且在讀取該基因后它們會保留一段時間。離開之后,可以再次關(guān)閉讀取基因的窗口,”文章作者William Hamilton解釋說。
這一發(fā)現(xiàn)是重要的基礎(chǔ)知識,它改變了分子生物學(xué)的基本假設(shè)。對于研究干細(xì)胞和癌癥生物學(xué)的研究人員而言,這一新結(jié)果尤其重要。因為這提供了有關(guān)細(xì)胞如何發(fā)育,發(fā)育中涉及的途徑如何確定細(xì)胞何時變化以及何時到達(dá)等新見解。這一研究還發(fā)現(xiàn)這些途徑在癌癥中經(jīng)常發(fā)生突變,并且本研究的結(jié)果對于研究惡性發(fā)展將具有重要意義。
“我們專注于研究成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)-細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)信號傳導(dǎo)途徑,這是從細(xì)胞表面受體到細(xì)胞核內(nèi)DNA的信號傳導(dǎo)途徑。這在許多類型的癌癥中都是失調(diào)的,因此我們希望這項研究中的許多數(shù)據(jù)將通過指明特異性靶向癌細(xì)胞中這種信號通路的新方法,來幫助癌癥生物學(xué)的各個方面。”