寻找后生解码器在脑细胞让科学家Rett综合症

几年前,科学家们发现了一个意想不到的层的信息融入了遗传密码——一个名为5-hydroxymethylcytosine的核苷酸,或5个hmc。

它的意义尚不清楚,但是一项新的分析表明,蛋白质叫做MeCP2监管,以其参与神经系统障碍Rett综合症,承认5 hmc大脑和促进活化的基因是最丰富的。

这项研究,包括第一个5 hmc的地图分布在整个基因组的三种类型的脑细胞,表明5 hmc对基因有不同的影响神经系统的活动,而不是在其他细胞类型的研究。

“这5 hmc Rett综合症之间的直接连接将迫使两个快速移动的和令人兴奋的领域的方式完全出人意料,”霍华德·休斯医学研究所研究员Nathaniel Heintz说,他领导了这一研究。

Heintz和他的同事们发表他们的研究结果在12月21日,2012年出版的《细胞》杂志上。

基因组的指示为构建蛋白质序列的阐明,Ts, c,和Gs - DNA构建块更正式称为腺嘌呤,胸腺嘧啶,胞嘧啶,鸟嘌呤。

但同样重要的是塑造有机体的形式和功能是化学修改那些影响DNA的核苷酸代码阅读。这些修改,称为表观遗传变化,有助于控制基因开启时间和地点。

当Skirmantas Kriacionis Heintz洛克菲勒大学的实验室发现了高水平的5 hmc -胞嘧啶的改良型以前只存在于细菌病毒——2009年在大脑细胞,科学家们立即怀疑核苷酸参与表观遗传调控。

算出它的意义,他们开始编译的地图在基因组核苷酸能找到。5 hmc已经被发现在其他哺乳动物细胞,但它是大脑中丰富的10 - 20倍,因此Heintz的团队集中他们的研究。

其他研究人员指出,胚胎干细胞,5 hmc倾向于集群监管的基因组区域。在大脑细胞,然而,核苷酸是分布在基因,这表明其对基因调控的影响可能不同的组织或者细胞。

Heintz,几十年来一直在理解神经系统细胞类型之间的差异(他估计大约有500),和他的团队选择了三种类型的脑细胞的地图5 hmc:两种类型的神经元浦肯野细胞,大而精心分支,和颗粒细胞,这是小,小巧伯格曼胶质细胞、脑细胞与一家中介机构规模和结构。

尽管所有这些细胞类型包含相同的遗传信息,每个激活一组独特的基因,建立其专业结构和功能。

玛丽安Mellen,博士后在实验室里,用一种化学标签定位5 hmc三种类型的细胞的DNA。此外,他们绘制的位置的另一个修改版本胞嘧啶,5-methyl胞嘧啶,或5 mc。5 mc是研究表观遗传修饰基因沉默。

他们的地图显示,在每一个细胞类型,5 hmc最丰富的活性基因。他们的数据还显示,与高水平的基因5 hmc低水平的基因沉默5 mc——尽管这种关系的强度依赖于细胞类型。

“如果你不得不状态一般规则,它可能会更高的比率5 hmc 5 mc基因体内神经系统,越有可能表达的基因会在高水平,“Heintz总结。“但转录控制是特异性的。“即使在他们迄今为止的三种细胞类型研究,他说,每个核苷酸的影响基因活性的强度并不是等价的。

搜索的蛋白质解码5 hmc传达的信息在大脑中,Kriaucionis和研究生Pinar Ayata寻找在脑细胞蛋白质,坚持珠子,他们已经涂有5 hmc。他们发现只有一个这样的蛋白质,能够将其识别为监管蛋白质被称为甲基C-p-G结合蛋白2 (MeCP2)。

“MeCP2是出席非常高水平的神经系统和外围国家的难以察觉的低水平——这也许是不足为奇的表观遗传标记主要是神经系统中识别特定的蛋白质,也是神经系统具体,“Heintz说。”,但发现这个众所周知,深入研究蛋白质是直接连接到hydroxymethylcytosine真是令人震惊。”

MeCP2最出名的是它的参与Rett综合症。Rett综合症患儿中蛋白质的突变会导致语言和生长迟缓,呼吸困难、癫痫、运动功能障碍,绝望和社会障碍。

2008年,霍华德·休斯医学研究所的研究员,科学家Huda Zoghbi发现MeCP2链接Rett综合症,表明,在大脑的某些部分,突变蛋白改变约2500个基因的表达。MeCP2目前已知帮助灭活基因的5 mc。

新发现表明MeCP2还可以帮助激活基因5 hmc的浓度高。事实上,实验通过Ayata表明监管蛋白质有平等的亲和力的绑定,要么两个核苷酸。Heintz计划调查相同的蛋白质如何触发这些相反的效果,这取决于核苷酸结合。

“这是不错的情况下试图研究一个特定的细胞类型的生物让我们的调查,我们没有预料到,”他说,并指出,他渴望探索5 hmc参与Rett综合症。“你很少有机会被推到一个领域,你真的不认为你会居住,但如果你跟随你的实验和相信他们告诉你,你可以在非常不同的地方比你想象的”。