斯坦福大学的科学家发现了使干细胞蓄势待发的蛋白质

加州斯坦福—就像一个等待圣诞节到来的孩子一样,胚胎干细胞以一种永久的期望状态存在。他们必须在迅速变得更加专业化的细胞类型的能力与如果他们行动得太早时可能发生的细胞混乱之间取得平衡(孩子们,不要摇晃那些礼物!)。斯坦福大学医学院的研究人员现在已经确定了这种微妙的平衡行为的关键组成部分,称为Jarid2—一种既可以募集其他调节蛋白到对分化很重要的基因上,又可以调节其活性以使其处于持续准备状态。

“在胚胎干细胞研究中,了解仅相关基因是如何被靶向并保持行动状态的是一个热门话题,”发育生物学以及化学和系统生物学的助理教授乔安娜·怀索卡(Joanna Wysocka)说。“我们的结果阐明了这两个问题。”Wysocka是这项研究的主要作者,该研究将于12月24日出版, 细胞.

Jarid2通过称为Polycomb Repressive Complex 2的蛋白质复合物PRC2起作用。PRCS通过修饰称为组蛋白的DNA包装蛋白质使基因保持沉默。它’不太会在牛皮纸包装上打捆,但概念很相似:将DNA整齐地包裹在组蛋白周围,有助于将DNA都装在很小的空间中,直到适当的时候才使它不起作用。那’因为包装后,基因可以’可以转化成蛋白质来完成细胞的工作。 PRC2添加分子“直到圣诞节才开放”标记以确保DNA保持包裹状态’s needed.

PRC2是调节许多类型细胞中重要的发育基因表达所必需的。但是Wysocka和她的同事们想具体了解它在胚胎干细胞中的工作方式。当他们观察小鼠胚胎干细胞时,他们发现几乎所有的PRC2都与称为Jarid2的蛋白质结合,这种蛋白质在胚胎干细胞中比在非干细胞中更普遍。

Jarid2先前已被确定为开发过程中重要的蛋白质。但是它在胚胎干细胞中的作用还没有’尚未解决。斯坦福大学的研究人员发现,PRC2和Jarid2共同占据了小鼠和人类胚胎干细胞中特定的组蛋白结合DNA片段。当它们减少细胞中Jarid2的数量时,PRC2结合DNA的能力降低,细胞开始在需要它们之前就搅出蛋白质。— confirming Jarid2’在干细胞分化中的重要性。

然而,令人惊讶的是,即使与DNA结合的PRC2更少,组蛋白的修饰程度仍保持相同。这表明当PRC2绑定到Jarid2时,它放的更少“don’t open”组蛋白上的标签。

“这是一个至关重要的发现,” said Wysocka, “因为它表明Jarid2既可将PRC2募集到DNA中,又可调节其修饰组蛋白的能力。”这也表明Jarid2 / PRC2复合物以其他尚未发现的方式抑制基因表达。研究人员认为,对PRC2活性的这种微调使细胞能够小心地控制其准备程度,以便随后解开和表达与胚胎干细胞分化为更多专门细胞有关的基因。

研究人员证实了他们在青蛙胚胎中的发现,这种青蛙胚胎通过消除Jarid2的表达,在分化的早期比老鼠的胚胎更容易研究。他们发现缺少Jarid2的胚胎无法完成至关重要的发育步骤,称为胃祖化。

“正如我们所预料的那样” said Wysocka. “如果没有Jarid2(使基因保持沉默却准备激活),胚胎就会停止发育。”研究人员现在计划进一步研究Jarid2召集PRC2到干细胞中分化特异性基因的机制,以及它如何影响基因表达。这种相互作用在人类癌症中也可能很重要。“在某些癌症中,PRC2上调,” noted Wysocka, “这可能有助于使这些细胞保持未分化,迅速增殖的状态。有趣的是,在这些疾病中Jarid2是否也以高水平表达。对干细胞生物学,分化和人类疾病有各种影响。”

除了威索卡(Wysocka),其他参与这项研究的斯坦福大学科学家包括博士后学者Jamy Peng和Pharma Anton Valouev。高级研究科学家Tomek Swigut博士;病理学和遗传学副教授Arend Sidow博士。

这项研究得到了加州再生医学研究所的支持。凯克杰出青年学者奖和塞尔奖学者奖,美国癌症协会和美国国立卫生研究院。

斯坦福大学医学院始终名列全国前茅’排名前10位的医学院,将研究,医学教育,患者护理和社区服务相结合。有关学校的更多新闻,请访问 http://mednews.stanford.edu。该医学院是斯坦福大学医学的一部分,其中包括斯坦福医院&诊所和Lucile Packard儿童’的医院。有关这三个信息,请访问 http://stanfordmedicine.org/about/news.html.



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