PNAS：内耳中的毛细胞和皮肤中感知触觉的梅克尔细胞由共同的祖先进化而来
来源：本站原创 2021-07-19 15:31
2021年7月19日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国南加州大学的研究人员指出内耳的感觉细胞（耳毛细胞）和皮肤的触摸感受细胞实际上在发育和进化方面有很多共同之处。相关研究结果发表在2021年7月20日的PNAS期刊上，论文标题为“POU4F3 pioneer activity enables ATOH1 to drive diverse
2021年7月19日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国南加州大学的研究人员指出内耳的感觉细胞（耳毛细胞）和皮肤的触摸感受细胞实际上在发育和进化方面有很多共同之处。相关研究结果发表在2021年7月20日的PNAS期刊上，论文标题为“POU4F3 pioneer activity enables ATOH1 to drive diverse mechanoreceptor differentiation through a feed-forward epigenetic mechanism”。
论文通讯作者、南加州大学干细胞生物学与再生医学系教授Neil Segil说，“这两种类型的特殊感觉细胞的发育有惊人的相似之处：在内耳中接收声音振动的所谓‘毛细胞（hair cell）’和在皮肤表面感知轻触的梅克尔细胞（Merkel cell）。归根结底，这些发育相似性是共同进化史的遗产。这展示了进化发育生物学的故事，也延伸到了我们所说的表观遗传水平，也就是基因是如何被调节的。”
在这项研究中，论文共同第一作者、南加州大学博士生Haoze（Vincent）Yu；论文共同第一作者、南加州大学博士后学者Litao Tao和他们的同事发现了一种参与基因调控或表观遗传学的共同机制，它使干细胞和祖细胞能够分化成更为特化的毛细胞和梅克尔细胞。
为了开始分化过程，干细胞中DNA的正确区域需要被读取。人细胞都能在其细胞核中储存约6英尺的DNA，为此DNA被缠绕在由组蛋白组成的微小“线轴”上。DNA线轴和组蛋白被进一步包装在一起，形成所谓的核小体，核小体被堆积起来，形成染色质，而染色质是构成染色体的材料。
来自一只一天大的小鼠的内耳感觉细胞(左)和皮肤感觉细胞（右），图片来自Vincent Yu/Segil Lab/USC Stem Cell。
当DNA被紧紧地缠绕时，染色质是封闭的，无法被蛋白质ATOH1接触到。这种蛋白质是一种“主调节因子”，可以激活染色质内DNA中的分化基因网络，但是要做到这一点，它首先必须能够接触到DNA的正确区域。
为此，ATOH1刺激了第二种被称为POU4F3的蛋白质的产生，其中POU4F3是一种被恰当地命名为“先锋因子（pioneer factor）”的蛋白质，能够通过与封闭的不可接近的染色质结合而冒险进入新的DNA区域。在POU4F3通过与封闭的染色质结合开辟了一条道路之后，ATOH1能够向前推进，参与并激活驱动分化为毛细胞和梅克尔细胞的基因网络。
令人震惊的是，在毛细胞和梅克尔细胞中，POU4F3使ATOH1能够接触到的染色质特定区域存在着明显的重叠。Segil说，“这两种细胞都参与感知机械刺激，但来自胚胎的不同部位，它们都依赖相同的ATOH1/POU4F3机制来进行分化，这一点引人注目。我们的研究表明，这种机制极其古老，在毛细胞和梅克尔细胞从一个共同的进化祖先--一种称为ur-mechanoreceptor的细胞类型---分化出来之前就已经出现了。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Haoze V. Yu et al. POU4F3 pioneer activity enables ATOH1 to drive diverse mechanoreceptor differentiation through a feed-forward epigenetic mechanism. PNAS, 2021, doi:10.1073/pnas.2105137118.
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