Раскрытие запутанных способов, которыми это сделано, имеется одной из огромных целей биомедицинского изучения, в особенности по обстоятельству того, что дисрегуляция генных программ лежит в базе болезней как рак и вызванные разрушительным воспламенением.В то время как кое-какие неспециализированные влияния клеточного метаболизма на генном контроле известны – такие как то, что метаболизм глутамина эмбриональными стволовыми клетками воздействует на дифференцирование и вызывает кое-какие эпигенетические изменения в ДНК, а также в белках, так компактных, или распутайте геномную ДНК – главной промежуток в современных знаниях – то, как такие широкие эпигенетические события совсем правильно переведены на определенные генные программы дифференцирования.
Исследовательская пара, во главе с первым автором и Университетом Алабамы в Бирмингемском аспиранте Даниэли Чисолм и соответствующим автором Эми Вейнман, доктором философии, преподавателем UAB микробиологии, на данный момент информирует об одном механизме, что связывает внедрение глутамина в клетку к контролю избранных генных программ. Это открытие показывает, что метаболизм – что как правило думается с позиций выработки энергии или строительства стандартных блоков клетки – также, может функционировать через этот механизм, чтобы оказать помощь организовать судьбу клетки в дифференцировании.В отчете, размещённом в Неприкосновенности, издании Cell Press, они показывают, что внутриклеточный метаболит глутамина, альфы-ketoglutarate, играет роль в регулировании клеточных программ дифференцирования, изменяя связывающие ДНК образцы транскрипционного фактора CTCF и изменяя сотрудничества генома. Как добавленный уровень генной программы руководят сложностью, они нашли, что контекст генома около связывающих участков – таких как эпигенетические изменения или поменял топологию генома – влияние, включает ли закрепление или выключает генные программы.
«Мы в самом деле интересуемся пониманием, как каждая клетка знает, как выразить ее ДНК способом, которая подходит для того типа клетки», сказал Вейнманн. «Тот вопрос всецело фундаментален, вследствие того что Вы развиваетесь как организм – как каждая клетка знает, как быть тем, чем это должно быть в каждом пункте вовремя. Это фундаментально в иммунной реакции, по обстоятельству того, что, если иммунная реакция не формируется соответственно, Вы или не может очистить заразу или у Вас имеется аутоиммунные болезни, такие как диабет или волчанка. При раке, если клетка не знает, как быть клеткой, которой это должно быть, это может гиперраспространиться, и у Вас имеется злокачественное государство.
«Исходя из этого и в простом развитии и во всех этих больных состояниях, вопрос, ‘как, что DNA выражена?’»Чисолм и Вейнманн использовали примерную совокупность клеток T, тип иммуноцита, что дифференцируется в ответ на инфекции или другие неприятности. Исследователи также посмотреть на эмбриональные стволовые клетки – каковые сохраняют свойство дифференцироваться в любой тип клетки – и нашли интригующие отношения между генными средствами управления программой в клетках T и в эмбриональных стволовых клетках.
Одна занимательная вещь, которую они заметили, пребывала в том, что подмножество связывающих участков генома для CTCF по окончании альфа-ketoglutarate стимуляции помощника T, 1 клетка (Th1) была связана с генами, каковые, как было известно, были выражены рано в развитии, включая в эмбриональных стволовых клетках. В то время, в то время, когда Чисолм и Вейнманн удостоверились в надежности эмбриональные стволовые клетки, они нашли, что одна треть генов, каковые были alpha-ketoglutarate-inducible в эмбриональных стволовых клетках, была связана с размещениями alpha-ketoglutarate-inducible CTCF нужные пики в клетках Th1. Так сайты контроля, используемые в течении роста эмбриона, также, быть может, употреблялись, чтобы руководить изменениями клетки T по окончании свободной проблеме.В механистических изучениях как эта статья стратегия изучения молекулярной биологии сродни обратному проектированию, где инженеры извлекают информацию о дизайне, демонтируя машину, чтобы проанализировать ее части подробно.
Chisolm, Вейнманн и коллеги в UAB, Университете HudsonAlpha Биотехнологии, Хантсвилла, Алабама и Калифорнийского-университета-Сан-Диего фигурально демонтировали молекулярное оборудование в клетках T, используя инструменты как поменянные уровни интерлейкина 2, поменянные уровни водопроницаемой формы альфы-ketoglutarate, которая может пройти через клеточную мембрану и добавление ингибиторов фермента или небольших вмешивающихся РНК.Их примерная совокупность использовала клетки помощника Т или цитостатические клетки T, каковые поляризовались в условиях типа 1 и сохранялись или в высоких или в низких экологических концентрациях интерлейкина 2. Эти различные концентрации интерлейкина 2 сигнальных двигателя клетки, чтобы включить различные генные программы и создать генные программы, подобные тем или от аккуратного элемента или от памяти T клетки.
Было ранее как мы знаем, что громадный уровень интерлейкина, 2 связанных с аккуратным элементом T клетки также стимулируют метаболические изменения, каковые включают внедрение глутамина и метаболизм, что ведет к громадным внутриклеточным уровням альфы-ketoglutarate.Чтобы начать механистическое изучение, исследователи добавили водопроницаемую альфу-ketoglutarate к клеткам T, проводимым в низком интерлейкине 2 уровня, чтобы видеть, какое количество из изменений экспрессии гена, вызванных высоким интерлейкином 2, также велись, вводя высоко-внутриклеточную альфу-ketoglutarate.
Они нашли, что, додавая водопроницаемую альфу-ketoglutarate к низкому интерлейкину 2 условия позвали приблизительно одну треть генной программы, позванной высоким интерлейкином 2 низкого интерлейкина 2 в клетках T, в то время как это запретило приблизительно 10 процентов генов, каковые были более высоко выражены в низком интерлейкине 2 большого интерлейкина 2 условия. Альфа-ketoglutarate так, думается, ответственна за часть, но не все, интерлейкина 2 воздействие на генное программирование клетки T.
Они тогда следовали за молекулярным следом до отличительного CTCF нужный механизм, используя экспериментальные методы, каковые включали упорядочивающую РНК, измерения выражения белка, chromatin-immunoprecipitation-sequencing, ИКОТА на месте и биоинформатика.