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美国科学家发现精子的前体细胞具有全能性  

2017-05-10 11:11:21|  分类: 《婚育健康》 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美国科学家发现精子的前体细胞具有全能性

科学探索 来源:生物帮

 美国科学家发现精子的前体细胞具有全能性 - 陆泉润 - 墨香满谷
 

  美国亨斯迈癌症研究所的研究人员在新研究中表明,全能性是一个循序渐进的过程,早在精子的前体出现的时候就显现出来了。相关文章发表于2014年5月15日的《Cell Stem Cell》杂志上。

  在体内,皮肤细胞永远是皮肤,心脏细胞永远是心脏。但在生命的最初几个小时,新生的胚胎细胞具有全能性:它们有令人难以置信的灵活性,可以发育为皮肤,心脏,肠道,或任何类型的细胞。

  一直以来,人们认为卵子和精子的结合会出现一个戏剧性的变化,会表达哪些基因以及如何表达。然而,新的研究表明,全能性是一个循序渐进的过程,早在精子的前体出现的时候就显现出来了。精子的前体是一种称为成年生殖干细胞(AGSCs)的细胞,驻留在睾丸中。

  该研究由犹他大学肿瘤学教授布拉德利凯恩斯博士,和亨斯迈癌症研究所的研究员,以及该科学技术机构的埃内斯托·古奇奥尼博士共同领导的。他们与第一作者、亨斯迈癌症研究所博士后研究员Saher Sue Hammond密切合作,该研究发表在Cell期刊下的干细胞杂志上。

  通常情况下,精子的前体过着平凡的生活。它们分裂更多跟自己一样的细胞,直到它们收到指示它们发育为成熟精子的信号。

  然而,有证据显示,这些细胞具有比这更多的潜力。在异常情况下,促进细胞形成称为睾丸畸胎瘤的密集癌变,年轻的精子可转化为皮肤,肌肉和肠道的前体细胞。

  这种认识促使研究人员查阅精子前体中的基因程序。他们想知道,这样的一个细胞注定要成为一个单一的细胞类型,或这样的一个细胞有成为任何一种细胞的潜力。

  答案是,他们发现,精子的前体介于两者之间。最有说服力的证据是基因的一个四重奏的状态: Lefty,SOX2, Nanog和PRDM14 。所述基因可以触发级联放大反应给细胞提供干细胞特性。在细胞局限于成为一种细胞类型时,基因是沉默的。

  然而,在精子的前体,所述基因具有一个称为甲基化基团的化学标记密码,表示4个基因被沉默,但将被激活。换句话说,嵌入这些细胞内,就具有成为全能性的潜力。

  凯恩斯比较沉默基因标记的书签。“精子细胞和它们的前体把'书签'放入他们需要快速访问的所有重要基因中。” 他解释说,一旦受精发生时,细胞有可能在短时间内具有完全全能性。“然后,当精子和卵子结合到一起时,你所要做的就是完成你已经开始的工作。”

  用他的话来说,该工程主体确保快速,准确地发生转变。

  这个结果只是其中之一,由一个详细的剧本记录基因和表观遗传变化组成发生了一个长时间的旅途而成为全能性的。丰富的资源将指导今后的研究将更深入地了解全能性,癌症和施肥。


  原文摘要:

Chromatin and Transcription Transitions of Mammalian Adult Germline Stem Cells and Spermatogenesis

Saher Sue Hammoud, Diana H.P. Low, Chongil Yi, Douglas T. Carrell, Ernesto Guccione, Bradley R. Cairns

  Adult germline stem cells (AGSCs) self-renew (Thy1+ enriched) or commit to gametogenesis (Kit+ enriched). To better understand how chromatin regulates AGSC biology and gametogenesis, we derived stage-specific high-resolution profiles of DNA methylation, 5hmC, histone modifications/variants, and RNA-seq in AGSCs and during spermatogenesis. First, we define striking signaling and transcriptional differences between AGSC types, involving key self-renewal and proliferation pathways. Second, key pluripotency factors (e.g., Nanog) are silent in AGSCs and bear particular chromatin/DNAme attributes that may “poise” them for reactivation after fertilization. Third, AGSCs display chromatin “poising/bivalency” of enhancers and promoters for embryonic transcription factors. Remarkably, gametogenesis occurs without significant changes in DNAme and instead involves transcription of DNA-methylated promoters bearing high RNAPol2, H3K9ac, H3K4me3, low CG content, and (often) 5hmC. Furthermore, key findings were confirmed in human sperm. Here, we reveal AGSC signaling asymmetries and chromatin/DNAme strategies in AGSCs to poise key transcription factors and to activate DNA-methylated promoters during gametogenesis.

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