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2017年7月Cell期刊不得不看的亮点研究

来源:本站原创 2017-07-30 14:38

2017年7月30日/生物谷BIOON/---7月份即将结束了,7月份Cell期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。

1.Cell:中科院生物物理所王艳丽/章新政课题组从结构上揭示Cas13a切割RNA机制
doi:10.1016/j.cell.2017.06.050

图片来自Cell期刊。

作为一种VI-A型CRISPR-Cas系统的一种RN引导的RNA核酸酶,Cas13a降解crRNA靶向的入侵性RNA,在RNA技术中具有广泛的潜在应用。

如今,在一项新的研究中,为了理解Cas13a如何被激活和切割靶RNA,中科院生物物理所中国科学院核酸生物学重点实验室创新课题组组长王艳丽(Yanli Wang)课题组和中科院生物物理所生物大分子国家重点实验室创新课 题组组长章新政(Xinzheng Zhang)课题组解析出来自口腔纤毛菌(Leptotrichia buccalis)的Cas13a(以下称LbuCas13a)结合到crRNA和它的靶RNA上时的晶体结构,以及LbuCas13a-crRNA复合物的冷冻电镜结构。他们证实 crRNA-靶RNA双链结合到LbuCas13a中的核酸酶叶(nuclease lobe, NUC)的一种带正电荷的中心通道内,而且一旦结合靶RNA,LbuCas13a和crRNA经历显著的构象变化。这种crRNA-靶RNA双链形成促进LbuCas13a的HEPN1结 构域移向HEPN2结构域,从而激活LbuCas13a的HEPN催化位点,随后LbuCas13a就以一种非特异性的方式切割单链靶RNA和其他的RNA。

这些发现揭示出VI型CRISPR-Cas系统的Cas13a抵抗RNA噬菌体的作用机制,这就为将它作为一种RNA操纵工具加以应用铺平道路,如将它的RNA切割和附带切割活性用于基础研究、诊断和治疗。

2.Cell:揭示出与抑郁症状相关联的大脑回路
doi:10.1016/j.cell.2017.06.015


在一项新的研究中,来自美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员将大脑中的特定回路与抑郁的不同行为症状相关联在一起。他们发现与绝望和无助的感觉相关联的大脑回路,并且能够在小鼠研究中缓解和甚至逆转这些症状。相关研究结果发表在2017年7月13日的Cell期刊上,论文标题为“Distinct Ventral Pallidal Neural Populations Mediate Separate Symptoms of Depression”。

这些研究人员采用了几种工具来追踪参与特定行为的大脑通路和特定神经元区域,这些工具包括成像技术和社交策略行为模型。他们在大脑的腹侧苍白球区域(基底神经节的一部分)中鉴定出两个神经元群体是导致抑郁行为的关键。

这项新的研究发现对表现出抑郁症的小鼠中的这两个神经元群体中的通路进行特异性修饰会导致改善的行为变化,从而表现得更加类似于健康的小鼠。更为重要的是,这项研究为理解抑郁中的几个大脑区域之间的相互作用提供强大的见解。之前的研究主要关注某些大脑区域在社交孤立中发挥的作用。在这项新的研究中,这些研究人员能够研究多种大脑区域之间的连接性和一个大脑区域如何影响另一个大脑区域。

3.Cell:蛋白Mcr调节相邻细胞中的自噬
doi:10.1016/j.cell.2017.06.018

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.06.018

根据一项新的研究,来自美国马萨诸塞大学医学院等相关研究机构的研究人员发现在果蝇相邻细胞之间部署的一种免疫相关蛋白在一种被称作自噬的细胞降解过程中扮演着重要的角色。这种胞外的分子关联提出了一种免疫系统信号和自噬之间发生通信故障可能导致人类疾病产生的可能性。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“Complement-Related Regulates Autophagy in Neighboring Cells”。

通过关注果蝇唾液腺发育(当果蝇发育成熟时,它的唾液腺会被降解掉),并且分离和研究自噬组分,Baehrecke指出在细胞死亡之前,在果蝇唾液腺中的Mcr蛋白水平上升在某种程度上与这种唾液腺降解存在关联。当Baehrecke和同事们在果蝇唾液腺细胞中关闭Mcr基因时,与自噬发生故障相关的片段出现了,这表明Mcr在通过激活自噬清除细胞碎片中发挥着作用。

Mcr基因是补体系统的一部分;它增加抗体和吞噬细胞清除有机体中的微生物和受损细胞的能力,促进炎症产生和攻击病原体的质膜。马萨诸塞大学医学院分子、细胞与癌症生物学教授Eric H. Baehrecke博士和同事们也证实Mcr与位于相邻细胞外表面上的Draper受体相互作用。他们还证实Mcr和Draper之间的这种相互作用对这种炎性反应是至关重要的,这是因为它触发巨噬细胞被招募到上皮伤口位点。

4.Cell:为何免疫系统检测不到癌症?
doi:10.1016/j.cell.2017.06.016


癌症隐藏在免疫系统的视线之下。当癌细胞出现时,身体的天然肿瘤监控程序应当能够检测和攻击它们,而且仅当这些防御系统都失效时,癌症才能茁壮成长。在一项新的研究中,来自美国布莱根妇女医院的Niroshana Anandasabapathy博士和他的团队在30种在人外周组织(peripheral tissue)内发生的癌症(包括黑色素瘤皮肤癌)中发现一种至关重要的可能被一些癌症用来伪装自己的策略(即一种遗传程序)。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“IFNγ-Dependent Tissue-Immune Homeostasis Is Co-opted in the Tumor Microenvironment”。

Anandasabapathy团队研究了单核吞噬细胞,即一群作为免疫系统的“吃豆人(Pac man)”发挥作用的免疫细胞。当单核吞噬细胞检测到外来入侵者和死亡的正常组织时,这些细胞吞食它们的组分。它们随后将这些组分展示在它们的表面上,从而教导T细胞保持对健康组织的耐受性,或者抵抗感染和病原体。尽管在皮肤(一种类似于肺部和肠道的外周组织)中发现的所有单核吞噬细胞在功能上存在差异,但是它们都具有相同的一套遗传编程,而且当它们进入这种组织中时,这套遗传编程会得到进一步强化。这种遗传程序在胎儿和成体发育时是保守的,而且在不同物种中也是保守的。

Anandasabapathy团队发现这种遗传程序是由来自γ-干扰素(IFNγ)的“有益线索(instructive cue)”诱导产生的。IFNγ分子在调节免疫中发挥着非常重要的作用。他们在单核吞噬细胞发育过程中发现IFNγ,但是相比于健康的皮肤,IFNγ和组织免疫特征在皮肤癌中存在更高的水平。利用IFNγ和组织免疫特征进行衡量的免疫反应与改善的转移性黑色素瘤存活结果相关联,这就使得这些特征成为癌症存活的潜在生物标志物。

5.Cell:逆转T细胞精疲力竭改进抵抗癌症和病毒感染的免疫疗法
doi:10.1016/j.cell.2017.06.007


在一项新的研究中,来自美国圣犹大儿童研究医院的研究人员发现T细胞如何变得“精疲力竭(exhausted)”,即不能够攻击癌细胞或病毒等入侵者。这一发现是重要的,这是因为接受癌症免疫疗法治疗的病人经常是没有反应性的或者经历疾病复发,而且有人已提出这些挑战可能归咎于T细胞精疲力竭。在研究病毒感染或肿瘤的临床前模型系统中,他们发现一种已在使用的化疗药物能够逆转这种精疲力尽。这些发现为开发更加强效的和持久的免疫疗法提供一种新的途径。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“De Novo Epigenetic Programs Inhibit PD-1 Blockade-Mediated T Cell Rejuvenation”。论文通信作者为圣犹大儿童研究医院免疫学家Ben Youngblood博士。

Youngblood团队报道这些发现解释了一种被称作免疫检查点阻断(immune checkpoint blockade)的免疫疗法为何经常会失效。在这种治疗中,病人接受一种药物治疗,移除对他们的T细胞的抑制,从而允许它们杀死病毒感染细胞或肿瘤细胞。这些抵抗肿瘤的T细胞检测癌细胞表面上的一种蛋白抗原,从而触发这种攻击。Youngblood说,在这类免疫疗法中,T细胞精疲力竭是成功治疗的一个重大的障碍。

6.Cell:2型糖尿病产生新发现!SLC16A11基因变异通过两种不同的机制破坏其在肝细胞中的功能
doi:10.1016/j.cell.2017.06.011

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.06.011

在对早前的针对拉丁美洲人的2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)全基因组关联研究(GWAS)中的发现进行跟踪研究后,来自美国布罗德研究所和麻省总医院等研究人员将这项研究中检测到的一种关联性追踪到一个特定基因(即基因SLC16A11)的变异体上,并且发现这些变异体利用两种不同的机制破坏该基因在肝细胞中的功能,从而可能导致T2D产生。这些发现对T2D的生物学性质提供新的认识,并且为开发治疗这种疾病的药物提供新的线索。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“Type 2 Diabetes Variants Disrupt Function of SLC16A11 through Two Distinct Mechanisms”。论文通信作者为布罗德研究所代谢项目联合主任、哈佛医学院副教授、麻省总医院糖尿病部门主任Jose Florez和布罗德研究所创始主任Eric Lander。论文第一作者为布罗德研究所前哈佛医学院研究生(如今在Jnana治疗公司任职)Victor Rusu和布罗德研究所博士后研究员Eitan Hoch。

作为美洲基因组医学瘦身计划(Slim Initiative in Genomic Medicine for the Americas)2型糖尿病联盟(Slim Initiative in Genomic Medicine for the Americas T2D Consortium)的一部分,布罗德研究所糖尿病研究组的研究人员猜测这种影响的不一致性可能有助揭示这种疾病的遗传学基础,并且与早前的全基因组关联研究(GWAS)的合作机构携手从来自墨西哥和美国的9000多名拉美裔人的DNA样品中发现了T2D的遗传决定因子。之前的研究关注欧洲裔人群。

这些研究人员在此之前并不知道SLC16A11发挥什么作用,在何处发挥作用。SLC16A11属于一个已知转运分子通过细胞膜的基因家族,但是这些基因产生的蛋白能够在体内发挥着许多不同的作用,它们能够在一些组织中是有活性的,但在其他的组织中是没有活性的。他们不仅必须知道SLC16A11如何在正常情形下发挥功能,而且还需确定这个基因发生的突变如何破坏这种功能。特别地,他们需要确定“影响方向(direction of effect)”:基因活性是增加还是下降?理解这种功能将会针对这个基因在T2D中的潜在作用提供至关重要的线索。

通过一系列测试,这些研究人员发现SLC16A11基因发生的突变通过两个不同的机制改变基因活性,而且都是按照相同的“影响方向”破坏这个基因的功能。SLC16A11基因中的一些变异仅是降低它在肝脏(作为一种器官,肝脏有助调节血糖水平,因而参与T2D产生)中的表达。这个基因中的其他变异破坏与另一种被称作基础免疫球蛋白(basigin, BSG)的蛋白之间的相互作用。这种破坏改变SLC16A11在细胞中的位置,阻止BSG蛋白发挥着一种转运体的作用,从而影响脂肪在肝脏中的处理方式。

7.Cell:重大突破!发现一类新的小RNA分子保护哺乳动物基因组
doi:10.1016/j.cell.2017.06.013


我们的基因组是雷区,散布着潜在破坏性的DNA序列,不过在这些DNA上,存在着数以十万计的哨兵在站岗。这些被称作表观遗传标记的哨兵在这些位点上附着到DNA双螺旋上,阻止这些DNA序列发挥着它们的破坏性作用。

如今,在一项新的研究中,来自美国冷泉港实验室(CSHL)的研究人员发现可能作为这些哨兵的应急替换,突击队仅在这些非常毫无防备的时刻才被强征在整个基因组中服役。特别地,在哺乳动物胚胎被植入母体子宫壁中之前,这些临时的保护者在哺乳动物胚胎发育的一个非常早期的期间保护它们的基因组。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“LTR-Retrotransposon Control by tRNA-Derived Small RNAs”。论文通信作者为冷泉港实验室教授Rob Martienssen。论文第一作者为Martienssen实验室博士后研究员Andrea Schorn博士。

这种植入前胚胎是表观遗传标记在重新写入之前被擦除的两种情形之一。另一种情形是生殖细胞(卵子和精子)形成的一个步骤,已知在这种情形下,具有被称作piwi蛋白相互作用RNA(piwi-interacting RNAs, piRNA)的临时保护者。这项新的研究证实在植入前胚胎中,另一种小RNA类型在它的表观遗传重编程期间发挥着一种类似的基因组保护作用。

这些新鉴定出的保护者具有两种类型:长18nt的RNA片段和长22nt的RNA片段。Schorn发现这些RNA片段与逆转录转座子中的序列完全互补,而且为了激活这种寄生性序列元件,这种互补性序列必须参与进来。

Schorn仔细地分析了小鼠胚胎干细胞的内含物,发现很多自由漂浮的长18nt的RNA片段。计算机分析揭示出它们的序列与转移RNA(tRNA)中的序列完全匹配。tRNA普遍存在,并且参与蛋白合成。几十年来,人们就已知道tRNA被长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)-逆转录转座子(LTR- RetroTn)劫持,LTR- RetroTn序列的一部分停靠在引物结合位点(primer binding site, PBS)上,启动一种激活LTR- RetroTn的过程。LTR- RetroTn也被称作内源性逆转录病毒。

8.Cell:重大突破!首次从结构上揭示CRISPR-Cas3系统作用机制
doi:10.1016/j.cell.2017.06.012
图片来自Cell,doi:10.1016/j.cell.2017.06.012

在一项新的研究中,来自美国哈佛医学院和康奈尔大学的研究人员获得来自嗜热裂孢菌(Thermobifida fusca)的I型CRISPR复合体的近原子分辨率的图片,揭示出它的作用机制的关键步骤。这些发现提供改善CRISPR在生物医学应用时的效率和准确性所需的结构数据。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“Structure Basis for Directional R-loop Formation and Substrate Handover Mechanisms in Type I CRISPR-Cas System”。论文通信作者为哈佛医学院细胞生物徐助理教授Maofu Liao和康奈尔大学研究员Ailong Ke。

这些研究人员利用冷冻电子显微镜技术首次描述出当这种CRISPR复合体装载靶DNA并让它做好被Cas3酶切割的准备时准确发生的一系列事件。他们说,这些结构揭示出一种存在多层错误检测的过程,即存在阻止不想要的基因组损伤的分子冗余(molecular redundancy)。

为了更好地理解CRISPR-Cas如何发挥功能,Liao、Ke和他们的团队着重关注细菌中最常见的CRISPR亚型:1型CRISPR,即利用一种被称作CRISPR Cascade的核糖蛋白复合体(riboprotein complex)捕获DNA,并且利用酶Cas3切割外源DNA。

通过联合使用生化技术和冷冻电子显微镜技术,他们复原出在不同的功能状态下的稳定的Cascade,并且进一步获得Cascade在捕获和加工DNA时分辨率低至3.3埃(大约是一个碳原子直径的3倍)的图片。

在CRISPR-Cas3中,crRNA被装载到CRISPR Cascade上,随后寻找一段非常短的表明外源病毒DNA存在的DNA序列(被称作PAM)。

Liao、Ke和他们的同事们发现当Cascade检测PAM序列时,它让DNA呈锐角弯曲,迫使一小段DNA解链。这允许crRNA的一个长11nt的片段结合到靶DNA链上,形成一种“种泡(seed bubble)”。

这种种泡发挥一种自动防故障装置的作用,检查靶DNA是否匹配crRNA。如果它们正确地匹配,那么这种种泡就会扩大,crRNA的剩余部分就与它对应的靶DNA结合,形成一种“R环(R-loop)”结构。

一旦这种R环完全形成,这种CRISPR Cascade复合体经历一种构象变化,从而将靶DNA锁定。它也让DNA的第二条非靶标链产生一个凸起,这个凸起被移交到这种CRISPR Cascade复合体的一个不同位置上供Cas3酶切割。

仅当一种完整的R环形成时,Cas3酶才结合和切割在这条非靶标DNA链上产生的这个凸起上的DNA。

这些发现揭示出一种精心设计的分子冗余确保精准切割和避免错误地切割细菌自己的DNA。

9.Cell:重磅!揭示细胞识别端粒缩短机制
doi:10.1016/j.cell.2017.06.006


端粒保护着我们的染色体,非常类似于位于鞋带末端的阻止鞋带松散开的塑料帽。在细胞的一生当中,端粒每经历一次细胞分裂就逐渐地变得更短,因此,作为一种保护帽,端粒变得越来越没有效果。如果它们变得太短,那么这就意味着细胞的遗传物质受到破坏,细胞停止分裂。端粒缩短和下降的细胞分裂被认为衰老的特征,并且可能导致衰老过程。然而,端粒缩短也是一种抵抗癌症的防御机制,这是因为高度增殖性细胞仅当它们的端粒不会缩短时才能够发生分裂。因此,端粒缩短是一把双刃剑,必须受到仔细地调控才能在衰老和癌症预防之间取得一种平衡。当端粒在细胞一生当中较早地因意外因素被剪短时,它必须得到修复,这样细胞就不会过早地变得衰老。

在一项新的研究中,来自德国分子生物学研究所(IMB)和美茵茨大学(JGU)等研究机构的研究人员进一步揭示出端粒的秘密。他们发现一种被称作TERRA的RNA分子有助确保非常短的(或者说断裂的)端粒再次得到修复。这项研究为调节细胞衰老、在衰老和癌症中存活下来的分子过程提供新的认识。相关研究结果发表在2017年6月29日的Cell期刊上,论文标题为“Telomere Length Determines TERRA and R-Loop Regulation through the Cell Cycle”。论文通信作者、IMB副主任、JGU发育生物学与神经生物学研究所教授Brian Luke。论文第一作者均为Luke实验室研究员Diego Bonetti、Arianna Lockhart和Marco Graf。

这篇论文实际上是Luke实验室开展的两个不同的关于端粒的研究项目的结果。Bonetti研究了TERRA对细胞周期的调节,结果发现TERRA水平在细胞周期的不同阶段是不同的。与此同时,Lockhart和Graf研究了TERRA在较短的端粒上的聚集。当他们发现周期性的TERRA聚集模式在较短的端粒和较长的端粒之间存在差异时,他们就已知道会产生重要结果,于是决定合作进一步开展研究。

他们的合作让他们意识到TERRA实际上在所有端粒上聚集,但是在较长的端粒上,在蛋白Rat1和RNase H2的帮助下,它快速地被清除。这些蛋白偏好地结合到较长的端粒上,从而确保TERRA被清除,但是它们并不存在于非常短的端粒上,这就意味着TERRA更长地聚集在这些非常短的端粒上。这种机制确保细胞随后对较短的端粒进行修复,这在细胞存活和持续分裂中发挥着至关重要的作用。

10.Cell:上海药物研究所徐华强课题组鉴定出G蛋白偶联受体招募抑制蛋白的磷酸化编码
doi:10.1016/j.cell.2017.07.002


在一项新的研究中,来自中国科学院上海药物研究所、上海科技大学和美国文安德尔研究所等研究机构的研究人员首次揭示出一种被称作视紫红质的G蛋白偶联受体(GPCR)结合到一种被称作抑制蛋白(arrestin)的信号分子上时的组分细节。视紫红质和抑制蛋白是身体复杂的细胞通信网络中的两种至关重要的蛋白分子。这项新的发现进一步改进了2015年发表在Nature期刊上的一项研究(Nature, doi:10.1038/nature14656):首次描述了这两种蛋白分子结合在一起时的结构。此外,这项发现也解答了一个长期存在的问题,这可能导致人们开发出更加有效的同时具有更少副作用的药物来治疗心力衰竭、癌症等疾病。相关研究结果发表在2017年7月27日的Cell期刊上,论文标题为“Identification of Phosphorylation Codes for Arrestin Recruitment by G Protein-Coupled Receptors”。论文通信作者为中国科学院上海药物研究所VARI/SIMM研究中心主任徐华强(H. Eric Xu)教授。徐华强教授也是2015年的那篇Nature论文的通信作者。

为了确定他们的改进的结构,徐华强教授实验室高级研究员Edward Zhou博士利用改进的软件重新分析了2015年那项研究中收集的22000多张图片。他们揭示出视紫红质表面上的三种之前隐藏的被称作磷酸基的分子组分和抑制蛋白表面上的三种相对应的起着停泊站作用的口袋。这些磷酸基(被称作磷酸化编码)的特定排列是视紫红质结合到抑制蛋白上所必需的。一旦这两者结合完成,这种相互作用就启动一系列复杂的通信,从而调节着体内的生物学功能。

用来探究这些磷酸化编码在已标注的GPCR数据中的发生率的工具并不存在,因此de Waal构建出一种新的工具,即PhosCoFinder。该工具允许徐华强课题组快速地寻找所有已知的GPCR和预测潜在的磷酸化编码。

不出所料,他们发现在825种GPCR中,PhosCoFinder扫描的一半以上的GPCR在它们的羧基尾巴上含有磷酸化编码。他们也发现在剩下的大多数GPCR上含有磷酸化编码,然而,这些磷酸化编码位于它们的羧基尾巴之外的区域,这可能影响了这些GPCR结合抑制蛋白的方式。徐华强教授说,下一步就是研究这些发现是否适合于所有的GPCR和与抑制蛋白相互作用的其他细胞表面蛋白。

11.Cell:上海交大房静远团队证实具核梭杆菌促进结直肠癌化疗耐药性产生机制
doi:10.1016/j.cell.2017.07.008

图片来自Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.07.008

在一项新的研究中,来自中国上海交通大学医学院附属仁济医院和美国密歇根大学医学院的研究人员证实一种细菌与结直肠癌复发和较差的治疗结果相关联。他们发现肠道中的具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)能够阻止化疗导致的一种被称作细胞凋亡的癌细胞死亡过程。相关研究结果发表在2017年7月27日的Cell期刊上,论文标题为“Fusobacterium nucleatum Promotes Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy”。论文通信作者为上海交通大学医学院附属仁济医院消化科主任医师房静远(Jing-Yuan Fang)教授、上海交通大学医学院附属仁济医院消化科副主任医师陈萦晅(Yingxuan Chen)、上海交通大学医学院附属仁济医院消化系病硕士生导师陈豪燕(Haoyan Chen)、上海交通大学医学院附属仁济医院消化科硕士生导师洪洁(Jie Hong)和密歇根大学医学院外科教授邹伟平(Weiping Zou)博士。

医生们经常利用化疗治疗癌症患者,这是因为它会最终诱导肿瘤细胞死亡。但是一些癌细胞能够避免化疗诱导的细胞凋亡。在这项新的研究中,这些研究人员发现这些癌细胞通过激活一种被称作自噬的细胞存活机制逃避细胞凋亡过程。这种机制让癌细胞免遭摧毁。

一旦自噬处于开启状态,结直肠癌就对化疗产生抵抗力。具核梭杆菌让自噬持续开启。这就是为何这些肿瘤细胞可能能够逃避化疗诱导的细胞凋亡。

通常而言,自噬能够被开启或关闭。然而,这些研究人员发现具核梭杆菌阻止两个微RNA(microRNA)---miRNA-18a*和miRNA-4802---表达,从而阻止自噬关闭。这两个microRNA的缺乏让自噬持续处于“开启”状态。

12.Cell:纤毛是肌肉中的脂肪形成的关键
doi:10.1016/j.cell.2017.06.035


不管你喜欢不喜欢,当我们变老时,我们的肌肉细胞逐一地被脂肪细胞替换。当我们的肌肉遭受损伤时,这个过程会加速,而且这个过程的一种极端形式在杜兴氏肌肉营养不良(Duchenne muscular dystrophy, DMD)等肌肉萎缩疾病中也会观察到。如今,在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员以小鼠为实验对象,证实在肌肉中散布的脂肪形成细胞表面上发现的被称作纤毛的细胞天线在这种肌肉-脂肪转化中发挥着关键性作用。这些发现提示着纤毛与组织更新之间存在着一种之前未曾预料到的关联。这种新的分子理解可能为再生医学打开新局面,而且有朝一日能够让科学家们改进衰老和疾病期间的肌肉更新。相关研究结果发表在2017年7月13日的Cell期刊上,论文标题为“Ciliary Hedgehog Signaling Restricts Injury-Induced Adipogenesis”。

为了理解原发性纤毛是否具有发育之外的作用,并且是否在维持成体组织中发挥着作用,论文第一作者、Reiter实验室博士后研究员Daniel Kopinke博士着手研究纤毛信号转导是否参与肌肉在遭受损伤后的愈合能力。

之前的研究已证实当肌肉遭受损伤时,与肌肉细胞一起生活的脂肪形成细胞,即纤维/脂肪生成祖细胞(fibro/adipogenic progenitors, FAP),发生分裂和分化为脂肪细胞。Kopinke发现不同于肌肉细胞的是,这些形成脂肪的FAP细胞更可能携带着原发性纤毛,而且肌肉损伤进一步增加了具有纤毛的FAP细胞的丰度。这些观察结果提示着纤毛可能在脂肪形成中发挥着一种重要的作用。

为了测试这种假设,这些研究人员利用两种小鼠肌肉损伤模型:一种急性损伤模型,是通过注射破坏性试剂到小鼠肌肉中构建出来的;一种慢性损伤模型,发生渐进性肌纤维丧失,正如在DMD疾病中观察到的那样。当他们通过基因手段阻断FAP细胞形成纤毛的能力时,这两种损伤模型都表现出更低的肌内脂肪含量。更重要的是,纤毛丧失不仅导致脂肪减少,而且也有助肌肉再生。 Kopinke说,“这是意料之外的。我们将小鼠DMD模型中的肌肉转化为更加类似于正常小鼠中的肌肉。”

通过开展一系列实验,这些研究人员发现经过基因改造缺乏纤毛的细胞导致低水平的Hedgehog通路激活,这足以阻断骨骼肌中的脂肪变性。当他们利用其他的方法增加Hedgehog信号时,小鼠肌肉再次具有更少的脂肪。(生物谷 Bioon.com)

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