隨著空氣繼續幹燥和氣溫下降,每年對抗面板乾燥的戰鬥已經正式開始了。西北大學的新研究發現了新的證據,在面板深處控制面板修復和更新的機制。
面板的屏障功能賦予它獨特的能力來對抗冬季的災難,併為我們的身體保留水分。面板的外層--表皮--不斷地翻轉以取代死亡或受損的細胞,創造新的細胞來增強屏障功能並治癒損傷。控制表皮週轉的基因調控機制尚不完全清楚。
“每個月我們都會被一層新的表皮覆蓋,”負責這項研究的西北大學的鮑曉敏說。“下一個問題是,這個過程涉及什麼?”
鮑曉敏是溫伯格藝術與科學學院的分子生物科學助理教授,同時受聘於範伯格醫學院面板科。
基因“垃圾”科學界已經普及了很多關於蛋白質的知識,蛋白質是各種細胞活動的主力(workhorses)。然而,蛋白質只有不到2%的人類基因組編碼。許多關於構成人類基因組24%的DNA內含子非編碼片段的性質的謎團仍然存在。
儘管人們普遍認為內含子不過是“基因垃圾”,但它們實際上在組織整個生命週期中對RNA轉錄的調控起著至關重要的作用。RNA轉錄是基因表達的第一步,DNA中的資訊被複制到RNA中,然後RNA作為合成蛋白質的模板來驅動細胞的特定功能。
根據轉錄終止的地方--內含子或基因的末端--表皮幹細胞要麼仍然是活躍的幹細胞,要麼成為特定的細胞屏障功能。包說,雖然眾所周知,轉錄結束在一個基因的末端,她的實驗室的研究發現相互矛盾的資料。
鮑曉敏說,“我們發現了許多轉錄終止的位點--不僅是在基因的末端,而且常常是在基因中間的內含子內。即使是相同的基因,在表皮幹細胞中的轉錄終止模式也可能與最終分化的細胞有不同的轉錄終止模式。”
這一發現可能適用於人體內更多的自我更新再生系統。未來的研究可能會對癌症的研究產生影響。
對發現這一現象至關重要的技術面板細胞越來越受到研究人員的歡迎,部分原因在於它們的再生特性和在培養中生長的意願。這使得研究人員能夠應用各種最先進的技術.透過在培養皿中培養面板細胞和再生面板組織,鮑的實驗室可以對這種快速生長的組織進行實驗,以確定DNA中的分子機制和調控元素。
“技術發展是我們發現這一新現象的關鍵動力,”鮑說。
研究小組使用了一種新的基因組技術,精確地描繪了轉錄停止的位置。蛋白質組學方法的整合發現RNA結合蛋白在內含子中讀取特定的調控序列。
在這項研究之前,涉及內含子的調節面板幹細胞與最終差異狀態(例如,參與形成面板屏障的細胞)之間的切換的機制是未知的。大多數研究忽略了內含子,儘管它們比人類基因組中的蛋白質編碼區(外顯子)多10到20倍。
研究表明,不同的基因可能涉及不同的RNA結合蛋白,以識別其內含子中的調控序列。這些RNA結合蛋白幫助成熟的RNA“決定”是早期削減轉錄,還是忽略內含子內的終止位點,因為蛋白質可用性的變化。
鮑說:“我們才剛剛開始意識到內含子在人類健康和疾病中的作用。”
這項研究的結果可能會產生更廣泛的影響,因為根據鮑的說法,調控面板細胞的過程幾乎肯定不侷限於面板細胞。未來對其他系統的研究,包括其他上皮組織,可能會發現類似的模式。
更多資料:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20674-3