了解關(guān)鍵酶在胚胎發(fā)育中的作用
根據(jù)發(fā)表在Genes&Development雜志上的一項西北醫(yī)學(xué)研究,ESC自我更新不需要一種叫做Set1A-a蛋白的酶的催化活性,這種酶對胚胎干細胞(胚胎干細胞)的活力至關(guān)重要。該研究結(jié)果為Set1A提供了重要的新見解,Set1A是COMPASS蛋白復(fù)合物的一個亞基,涉及發(fā)育障礙和某些癌癥。
“這讓實驗室里的每個人都感到驚訝,”Feenberg的Driskill生命科學(xué)研究生課程的五年級博士生Christie Sze說道,也是這項研究的第一作者。“這是一個意想不到的發(fā)現(xiàn):即使這種蛋白質(zhì)對胚胎干細胞絕對重要,但它的主要功能卻不是。”
該研究還表明,在ESC分化過程中,催化功能是必要的,據(jù)資深作者Ali Shilatifard博士,Robert Francis Furchgott教授和生物化學(xué)與分子遺傳學(xué)主席說。
Set1A是COMPASS人類酶系列的六個成員之一。這些蛋白質(zhì)最初由Shilatifard于2001年鑒定,通過它們在稱為H3K4的組蛋白位置實施甲基化的作用,已被證明是基因表達的核心。
Set1A似乎特別重要;與其他COMPASS成員不同,沒有Set1A的胚胎干細胞無法存活。此外,Set1A的功能障礙以前與發(fā)育障礙有關(guān),例如精神分裂癥和某些癌癥。
雖然很明顯酶本身在發(fā)育過程中至關(guān)重要,但這是否歸因于Set1A的主要甲基化酶活性尚不清楚。
在目前的研究中,使用小鼠胚胎干細胞模型,Sze特異性地靶向Set1A的SET結(jié)構(gòu)域 - 蛋白質(zhì)的部分負責(zé)其催化活性- 使用基因編輯工具CRISPR。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在刪除Set1A的功能域后 - 使酶無法實現(xiàn)甲基化 - 胚胎干細胞仍能存活,對增殖和自我更新沒有影響。
在該研究的第二部分中,Sze在分化過程中研究了突變型ESC,并證明了Set1A的催化活性確實是正常ESC分化所必需的。
“據(jù)說在胚胎干細胞中,Set1A的H3K4甲基化并不重要,但在分化方面卻是如此,”Shilatifard說,他也是兒科學(xué)教授,也是西北大學(xué)Robert H. Lurie綜合癌癥中心的成員。“這提出了一個問題:分化過程中組蛋白H3K4甲基化的特殊之處是什么?整個Set1A蛋白的功能與其催化功能無關(guān)?”
展望未來,Shilatifard實驗室將調(diào)查Set1A的其他方面,以揭示酶本身對胚胎干細胞至關(guān)重要,如果它不是它的催化功能。這些發(fā)現(xiàn)有助于促進對癌癥發(fā)展的理解。
“COMPASS家族在癌癥中高度突變。雖然這項研究來自發(fā)展方面,但為了了解癌癥,你需要了解蛋白質(zhì)的正常功能,”Sze說。“我們的實驗室正在繼續(xù)越來越多地了解這些家庭成員,以及他們?nèi)绾卧诩膊≈邪l(fā)揮作用。”
在另一項發(fā)現(xiàn)中,該研究的數(shù)據(jù)還表明,Set1A負責(zé)激活二價基因,這對于調(diào)節(jié)分化過程中的關(guān)鍵發(fā)育過程非常重要。該實驗室之前曾證明,另一種稱為MLL2的COMPASS酶對于自我更新狀態(tài)下的這種激活很重要;目前的研究表明,在不同階段,兩種酶之間存在責(zé)任轉(zhuǎn)換。
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