肌细胞的秘密解锁
肌肉纤维由一个细胞,但许多细胞核。卡门Birchmeier教授领导的争取民主变革运动的一个小组已经显示这些核是多么不同。这项研究已经发表在自然通讯,可以帮助我们更好地理解肌肉杜氏肌萎缩症等疾病。
通常,每个细胞都有一个原子核。但骨骼肌的细胞是不同的:这些长,纤维细胞细胞质相对较大,其中包含成百上千的细胞核。但到目前为止,我们已经知道很少关于程度的核单个肌肉纤维不同于彼此的基因活动,并对有什么影响肌肉的功能。
卡门Birchmeier教授领导的研究小组的研究小组在发育生物学/信号转导在马克斯Delbrueck分子医学中心的亥姆霍兹联合会(MDC)现在已经解锁的一些秘密包含在这些肌肉细胞的细胞核。研究人员在《华尔街日报》自然通讯,团队研究细胞核基因表达的使用仍然很小说称为single-nucleus核糖核酸测序的技术,在这个过程中,他们遇到意外高各种基因的活动。
肌肉纤维类似于整个组织
“由于异质性的核,一个肌肉细胞几乎可以像一个组织,由各种不同的细胞类型,“Minchul Kim博士解释道,博士后研究员Birchmeier的团队和研究的两个主要作者之一。”这使得细胞能够履行其众多的任务,像与神经元或生产某些肌肉蛋白质。”
金进行了实验工作的大多数研究中,争取民主变革运动和他的数据也被评估。博士的生物信息学分析Altuna Akalin,生物信息学和组学数据科学平台负责人MDC的柏林医学系统生物学研究所(BIMSB),博士Vedran因特网,Akalin博士后的团队和研究的联合作者。”只是由于常数experiment-based和基于理论的团队,我们之间的对话我们能到达我们的结果,这为研究肌肉疾病提供重要的见解,“强调Birchmeier。“新技术在分子生物学如单细胞测序创建大量数据。至关重要的是,计算机实验室是早期过程的一部分分析数据生成一样重要,”Akalin补充道。
受伤的肌肉含有激活促生长的基因
研究人员开始研究几千细胞核的基因表达与普通老鼠的肌肉纤维,以及核受伤后的肌肉纤维再生。团队基因标记核和孤立的细胞。“我们想知道是否可以观察到基因活性的差异之间的休息和日益增长的肌肉,“Birchmeier说。
他们确实发现这种差异。例如,研究人员发现再生肌肉中更加活跃基因负责触发肌肉的生长。”然而,我们真正惊讶的是,在这两个肌肉纤维类型,我们发现了一个巨大的各种不同类型的核,每个不同的基因活动模式,“Birchmeier解释道。
偶然未知核类型
在这项研究之前,已经知道不同的基因活跃在细胞核位于附近的一个网站比其他核神经元的神经支配。“然而,我们现在已经发现了许多新类型的专门的核,都有非常具体的基因表达模式,”金说。有些核位于集群接近其他细胞相邻肌纤维:例如,腱细胞或肌束膜周围的结缔组织鞘——一束肌肉纤维。
“其他专业核似乎控制当地的代谢和蛋白质合成的形式分布于整个肌肉纤维,“金解释说。然而,目前尚不清楚究竟细胞核中的活性基因:“我们遇到过数百个基因在未知的小群核出现的肌肉纤维被激活,“Birchmeier报告。
肌肉萎缩症似乎会导致失去了许多核类型
在下一步中,团队研究了杜氏肌萎缩症小鼠的肌肉纤维细胞核。这种疾病是最常见的遗传性肌肉萎缩症(肌肉萎缩)。它是由X染色体上的基因突变引起的,这就是为什么它主要影响男孩。这种疾病的患者缺乏肌营养不良蛋白的蛋白质,这些蛋白质稳定的肌肉纤维。这导致细胞逐渐死亡。
“在这只老鼠模型中,我们观察到的损失许多类型的肌肉纤维细胞核,“Birchmeier报告。其他类型不再组织成簇,团队曾观察到,但分散在细胞。“我无法相信这当我第一次看到它,”她回忆说。”我问我的团队立即重复single-nucleus测序之前我们调查发现任何进一步。”But the results remained the same.
鼠标核与人类的病人
“我们还发现了一些特异核亚型Birchmeier报告。有些核,只有转录基因的小范围和消亡的过程。其他人则包含积极修复受损基因肌纤维核。“有趣的是,我们也观察到这种基因活性的增加肌肉活检的患者肌肉疾病提供的MDC Simone Spuler肌肉系统实验室的教授,“Birchmeier说。“看来这就是肌肉试图对抗疾病的伤害。”
”我们的研究中,我们提出一个强有力的方法为研究肌肉病理机制,用于测试新的治疗方法的成功,“Birchmeier总结道。作为肌肉故障也观察到在各种各样的其他疾病,如糖尿病和年龄或癌症相关的肌肉萎缩,这种方法也可以用来更好地研究这些变化。“我们已经在计划进一步研究与其他的疾病模型,”金证实。
参考:金米,因特网V,布兰德B, et al。Single-nucleus合胞体骨骼肌细胞中转录组显示功能划分。Commun Nat。2020;11 (1):6375。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 20064 - 9
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