您现在的位置是:首页 >国内科研 > 2020-04-02 09:25:53

研究发现仅靠力量就能刺激基因表达

一项新的研究发现,细胞将单独响应物理作用而提高基因表达。研究人员报告说,基因激活是蛋白质生产的第一步,在细胞拉伸后不到一毫秒的时间内就开始了,这比化学信号传播的速度快数百倍。

科学家测试了与生物学相关的力量-相当于通过呼吸,运动或发声对人体细胞施加的力量。他们在《科学进展》杂志上报告了他们的发现。

主持这项研究的伊利诺伊大学机械科学与工程教授王宁说:“我们发现,力可以激活基因,而无需中间体,细胞质中没有酶或信号分子。” “我们还发现了为什么有些基因可以被强制激活而有些不能。”

先前的研究表明,某些基因容易受到细胞的物理操纵,但Wang和他的同事最先表明,仅拉伸细胞即可影响此类基因的表达方式。该团队首先用他们插入细胞的基因证明了这种现象。当前的研究发现,天然存在的基因也可以通过拉伸来激活。

在这项新工作中,研究人员观察到,称为组蛋白的特殊的与DNA相关的蛋白质在响应于拉伸细胞力的基因表达是否增加中起着核心作用。组蛋白调节DNA,将其缠绕起来包装在细胞核中。

一类称为组蛋白H3的组蛋白在被称为赖氨酸9的氨基酸甲基化时似乎阻止了力响应基因的表达。甲基化涉及在分子中添加被称为甲基的分子标签。

科学家观察到H3K9甲基化在细胞核的外围最高,而在内部则基本不存在,这使得内部的基因对拉伸的反应更加灵敏。

Wang说:“ 即使伸展核周边的基因也不会被激活,而靠近核中心的基因则可以通过伸展被激活。” “这是因为外围的H3K9组蛋白高度甲基化。”

研究人员发现他们可以通过增加或减少H3K9 组蛋白甲基化来抑制或增强力响应基因的表达。科学家们还测试了施加力的频率是否影响基因表达。他们发现细胞对频率高达10-20赫兹的力反应最灵敏。

研究人员写道:“人体中的活细胞会经历各种频率的力量(例如呼吸,心跳,行走,奔跑,跳跃和唱歌),范围从0.2赫兹到数百赫兹。” 研究小组发现,在最高频率下,细胞变得更加僵硬,引导基因转录的酶无法与DNA结合。

王说,从进化的角度来看,细胞对力量的即时反应是有意义的。

他说:“细胞必须能够对周围环境中的事物做出快速反应,这样它们才能生存。”

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