貝勒醫(yī)學(xué)院(Baylor College of Medicine)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，在一個群體中，不僅單個哺乳動物細(xì)胞不能對雌激素刺激做出同步反應(yīng)，被稱為等位基因的單個基因拷貝也不能。發(fā)表在最新一期《核酸研究》雜志上的研究結(jié)果還表明，雌激素受體的水平及其激活狀態(tài)都不能決定細(xì)胞的非同步反應(yīng)。

然而，一種選擇性雌激素輔調(diào)節(jié)因子的小分子抑制劑增加了個體等位基因?qū)に氐姆磻?yīng)，在單細(xì)胞水平上建立了一種以前未被認(rèn)識的調(diào)節(jié)雌激素誘導(dǎo)基因激活的模式。

雌性激素是一種類固醇激素，它通過調(diào)節(jié)每個細(xì)胞中數(shù)百個基因的活性，來調(diào)節(jié)男性和女性的大量生物功能?！?/p>

Fabio Stossi博士，第一作者，分子和細(xì)胞生物學(xué)副教授，貝勒大學(xué)綜合顯微鏡核心技術(shù)主任

關(guān)于雌激素是如何觸發(fā)它的作用已經(jīng)有了很多了解。它與核轉(zhuǎn)錄因子(雌激素受體或ER)結(jié)合，后者又與特定的DNA序列相互作用，促進(jìn)參與基因表達(dá)調(diào)控的輔調(diào)節(jié)因子的募集。這一過程可能會同時發(fā)生在雌激素刺激的人群中所有含er的細(xì)胞中，但對于實(shí)際的單個細(xì)胞或同一基因的單個拷貝的反應(yīng)卻知之甚少。這就是為什么研究人員在單細(xì)胞水平上沒有預(yù)料到這些發(fā)現(xiàn)。

“在當(dāng)前的研究中,我們曾與人乳腺癌細(xì)胞株生長在實(shí)驗(yàn)室。使用這兩種分子和成像分析,我們決定,在單個細(xì)胞和基因水平,兩個特征基因的表達(dá),GREB1, MYC的活動是受雌激素,“說通訊作者,博士邁克爾·a·曼奇尼的分子和細(xì)胞生物學(xué)和藥理學(xué)教授和化學(xué)生物學(xué)貝勒。Mancini還是貝勒長期運(yùn)行的綜合顯微學(xué)核心(IMC)的學(xué)術(shù)主任，也是最近成立的GCC高級顯微學(xué)和圖像信息中心(CAMII)的主任。CAMII是由cprit資助的資源，遍布貝勒大學(xué)和德州A&M生物科學(xué)與技術(shù)研究所。

研究人員在實(shí)驗(yàn)室培育這些細(xì)胞，并用雌激素進(jìn)行治療。然后他們觀察了單個細(xì)胞中GREB1和MYC基因的表達(dá)，以及每個細(xì)胞中單個等位基因的表達(dá)。不出所料，他們發(fā)現(xiàn)雌激素能在15分鐘內(nèi)迅速激活GREB1和MYC基因，但在個體細(xì)胞和等位基因水平上，對激素模擬有一個意想不到的、顯著的異步反應(yīng)。

“我們的分析顯示，在一個群體中，細(xì)胞的基因激活比我們預(yù)期的更隨機(jī)。在單個細(xì)胞中，每個基因拷貝的反應(yīng)都獨(dú)立于鄰近細(xì)胞的反應(yīng)。在一些細(xì)胞中，基因的等位基因是不活躍的，而在它們旁邊的細(xì)胞中，部分或所有的基因拷貝都是活躍的，”Stossi說。

盡管如此，研究人員解釋說，盡管這些發(fā)現(xiàn)以前沒有在雌激素受體生物學(xué)中被描述過，但它們并不完全是一個驚喜。

對基因相同的細(xì)菌的研究表明，當(dāng)受到相同的處理時，并非所有的細(xì)菌都有相同的反應(yīng)。這被稱為表型異質(zhì)性。

“我們一直質(zhì)問ER的作用機(jī)制通過先進(jìn)的成像/分析自90年,與持續(xù)改進(jìn)我們的資源開發(fā)或當(dāng)他們進(jìn)入市場,但這些最近的研究揭示了小說的特點(diǎn)首次在哺乳動物細(xì)胞雌激素行動,”曼奇尼說。“具有表型異質(zhì)性意味著對細(xì)胞群的重要適應(yīng)策略，無論它們是癌性的還是正常的?！比绻粋€群體中的所有細(xì)胞都對有害的刺激做出同樣的反應(yīng)，例如，停止一項(xiàng)基本功能，那么它們就沒有生存的能力。但不同的反應(yīng)可能會讓一些細(xì)胞存活下來?！?/p>

接下來的實(shí)驗(yàn)旨在確定是什么導(dǎo)致了異步雌激素觸發(fā)的基因激活。由于所開發(fā)和使用的成像和圖像分析例程符合IMC和CAMII中的全自動、高通量成像/分析平臺，因此我們有一個獨(dú)特的機(jī)會來探索這個問題。

首先，研究人員假設(shè)細(xì)胞對雌激素的反應(yīng)不同是因?yàn)槊總€細(xì)胞的雌激素受體數(shù)量不同。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中雌激素受體的數(shù)量并不能嚴(yán)格地決定細(xì)胞是否會激活靶基因。然后，研究人員調(diào)查了細(xì)胞對雌激素的反應(yīng)是否依賴于雌激素受體的激活狀態(tài)，他們使用的是與病人有聯(lián)系的、具有機(jī)體活性的受體，但他們再次發(fā)現(xiàn)兩者沒有相關(guān)性。

接下來，研究人員探討了雌激素受體輔調(diào)節(jié)因子參與調(diào)節(jié)每個等位基因?qū)Υ萍に胤磻?yīng)的可能性。利用IMC/CAMII的自動化高通量資源，他們測試了一組小分子表觀遺傳抑制劑，并鑒定出一種名為MS049的抑制劑，它是兩種蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶的抑制劑，它以基因特異性的方式顯著增加了雌激素刺激下每個細(xì)胞活性等位基因的預(yù)期數(shù)量。

Stossi說:“這是我們第一次能夠在等位基因水平上改變雌激素反應(yīng)的性質(zhì)，這表明有一些途徑可以作為變阻器來維持對刺激反應(yīng)的可變性，從而防止在細(xì)胞群中出現(xiàn)最大和一致的行為?！薄斑@些發(fā)現(xiàn)表明，改變輔調(diào)節(jié)因子的活性可以以基因特異性的方式調(diào)節(jié)每個等位基因的激素反應(yīng)?！?/p>