矿物质在调节基因表达的关键作用

每一个物种,从细菌到人类,能够再生。再生是由分子介导的过程,调节基因的表达来控制组织更新,恢复和增长。

生物医学工程系的研究人员之间的协作和德州农工大学医学院的标识矿物质在调节基因表达的关键作用,从而控制细胞的蛋白质数量应,从而鼓励组织再生和重新定义手机的身份。

本研究为未来的研究铺平了道路识别特定的矿物质的作用,以及他们如何可以组装设计下一代的矿物药医治受损组织。

这项研究最近发表在科学的进步。

矿物无机元素发挥许多重要角色,交互地使用维生素、酶、激素和其他养分代数余子式调节成千上万的身体的生物功能。尽管一些矿物质调节基因的表达和细胞活动,很少的工作都集中在理解潜在的分子机制。

这个工程由Akhilesh Gaharwar博士领导的研究小组是生物医学工程的副教授和总统的影响,与Irtisha辛格博士合作,分子和细胞医学系助理教授在德州A&M和共同通讯作者的研究引入了一个新的矿物纳米颗粒直接人类干细胞向骨细胞。这些纳米粒子是专门被称为nanosilicates,和与他们,团队能够确定矿物的作用在调节基因表达谱直接干细胞分化。

这些nanosilicates圆盘形mineral-nanoparticles 20 - 30纳米直径(nm)和1 - 2纳米的厚度。这些纳米颗粒具有高度生物相容性和细胞很容易吃。一旦细胞体内,这些纳米颗粒缓慢溶解成单个矿物如硅、镁和锂。

Nanosilicates分离成单个细胞内矿物质,把“on”的一组关键基因导致信息流在整个细胞,称为信号通路。这些信号通路负责指导细胞特定功能,如转换成另一种类型的细胞或开始分泌组织愈合过程的蛋白质称为细胞外基质。

这些细胞外基质是由不同的蛋白质,包括糖蛋白和蛋白聚糖促进组织愈合和支持组织的功能。

结合跨学科技术和生物医学工程和基因组学方法,该研究的主要作者,博士生安娜Brokesh和劳伦十字架,识别和描述重要的基因“on”,激活不同的信号通路由于治疗矿物质。这项研究的重大发现之一是矿物质如硅、镁和锂参与诱导软骨内骨化,一个干细胞的过程转化为软、硬组织软骨和骨骼等年轻的人类。

辛格实验室由辛格管理,利用高通量功能化验和扰动在哺乳动物细胞解剖功能监管程序。

在这项研究中,他们分析了全转录组测序(RNA-seq)数据评估nanosilicates的效应和离子溶解产品在干细胞的基因表达谱。RNA-seq transcriptome-wide高通量测序分析,提供了一个客观的和整体的概述基因表达谱识别途径所摄动的具体治疗方法。

“有很多人想了解人体矿物质的影响,但有有限的证据来确定它们如何影响我们在细胞层面上,“Brokesh说。“我们的研究是第一个研究利用无偏transcriptome-wide测序确定矿物离子如何直接干细胞的命运。”

提出的方法解决了长期的挑战目前的治疗方法,利用supraphysiological剂量的生长因子直接组织研究。这样一个高剂量的生长因子导致一系列并发症,包括不受控制的组织形成、炎症和肿瘤发生,生产或肿瘤细胞的形成。这些不利限制使用生长因子作为治疗剂在再生医学领域。

Gaharwar说这项工作的影响是深远的,因为了解矿物的影响来实现所需的调节细胞活性有很强的潜力开放新的发展途径为再生医学临床相关疗法,药物输送和免疫调节。

这项研究是由国家生物医学成像和生物工程研究所,国家神经疾病和中风研究所,德克萨斯A&M大学校长的卓越基金。

其他作者贡献研究研究生人员安娜·l·凯西和阿帕纳Murali本科研究员克里斯托弗•里希特和卡尔•格里高利博士副教授在医学院的分子和细胞药物。

参考:Brokesh, Murali,辛格我et al。离解nanosilicates引起下游软骨内分化的基因表达程序。Sci睡觉。2022;8 (27)。doi:10.1126 / sciadv.abl9404

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