携手健康网携手健康网

研究揭示了一些肌肉细胞的秘密

肌肉纤维仅由一个细胞组成,但由许多细胞核组成。卡门·伯奇迈尔教授(Carmen Birchmeier)领导的MDC团队现在展示了这些原子核的多样性。这项研究已经发表在《自然通讯》上,可以帮助我们更好地了解肌肉疾病,例如杜氏肌营养不良症。

通常,每个细胞只有一个核。但是我们骨骼肌的细胞却不同:这些长而纤维的细胞具有相对较大的细胞质,其中包含数百个细胞核。但是到目前为止,我们对单个肌肉纤维的核在基因活性方面的差异程度以及对肌肉功能的影响知之甚少。

亥姆霍兹协会(MDC)麦克斯·德尔布吕克分子医学中心发育生物学/信号转导研究小组负责人卡门·伯奇迈尔教授领导的一个研究小组现在已经揭示了这些肌肉细胞核中所包含的一些秘密。正如研究人员在《自然通讯》杂志上报道的那样,研究小组使用了一种仍很新颖的技术,即单核RNA测序,研究了细胞核的基因表达-在此过程中,他们遇到了意想不到的多种遗传活性。

肌纤维类似于整个组织

“由于细胞核的异质性,单个肌肉细胞几乎可以像组织一样起作用,它由多种非常不同的细胞类型组成,” Birchmeier团队的博士后研究员Minchul Kim博士解释说,他是两位科学家中的一位该研究的作者。“这使细胞能够完成其众多任务,例如与神经元交流或产生某些肌肉蛋白。”

Kim承担了这项研究中的大部分实验工作,他的数据也在MDC进行了评估。MDC柏林医学系统生物学研究所(BIMSB)的生物信息学和Omics数据科学平台负责人Altuna Akalin博士以及Akalin团队及该研究的联合研究人员的博士后Vedran Franke博士对生物信息学进行了分析。主要作者。Birchmeier强调说:“只有基于实验的团队和基于理论的团队之间不断的对话,我们才能够得出我们的结果,这为研究肌肉疾病提供了重要的见识。”

分子生物学中的新技术(例如单细胞测序)会产生大量数据。由于分析与数据生成同样重要,因此计算实验室必须尽早成为流程的一部分。”

MDC柏林医学系统生物学研究所生物信息学和组学数据科学平台负责人Altuna Akalin博士

受伤的肌肉含有激活的促生长基因

研究人员开始研究小鼠普通肌纤维中数千个核的基因表达,以及损伤后正在再生的肌纤维中的核的基因表达。研究小组对细胞核进行了遗传标记,并将其与细胞分离。Birchmeier说:“我们想找出在静止和成长中的肌肉之间是否能观察到基因活性的差异。”

他们确实确实发现了这种差异。例如,研究人员观察到再生的肌肉中含有更多的激活基因,这些基因负责触发肌肉的生长。“然而,真正令我们惊讶的是,在两种肌肉纤维类型中,我们都发现了种类繁多的不同类型的核,每种核都有不同的基因活性模式,” Birchmeier解释说。

在研究之前,已经知道与其他核相比,位于神经元神经支配位点附近的核中有不同的基因活跃。“但是,我们现在已经发现了许多新型的特殊核,它们都具有非常特定的基因表达模式,”金说。这些核中的一些位于邻近肌纤维的其他细胞附近的簇中:例如,肌腱或肌膜的细胞-围绕一束肌纤维的结缔组织鞘。

“其他专业核似乎控制着局部代谢或蛋白质合成,并分布在整个肌纤维中,”金解释说。但是,目前尚不清楚细胞核中的活性基因究竟能做什么:“我们在肌肉纤维中以前未知的小核群中遇到了数百个基因,它们似乎已被激活,” Birchmeier报告。

肌肉营养不良似乎导致许多​​细胞核类型丢失

在下一步中,研究小组研究了患有杜氏肌营养不良症的小鼠的肌纤维核。这种疾病是人类遗传性肌营养不良(肌肉萎缩)的最常见形式。它是由X染色体上的突变引起的,这就是为什么它主要影响男孩的原因。患有这种疾病的患者缺乏抗肌萎缩蛋白,它可以稳定肌肉纤维。这导致细胞逐渐死亡。

Birchmeier报告说:“在这种小鼠模型中,我们观察到了肌肉纤维中许多类型细胞核的丧失。” 正如团队先前所观察到的那样,其他类型不再被组织为集群,而是散布在整个单元中。她回忆说:“当我第一次看到它时,我简直不敢相信。” “在我们进一步调查发现之前,我要求我的团队立即重复单核测序。” 但是结果保持不变。

小鼠核类似于人类患者的核

“我们还发现了一些特定疾病的核亚型,” Birchmeier报告。其中一些是仅在很小的程度上转录基因并处于死亡过程中的核。其他的是包含主动修复受损的肌纤维的基因的核。Birchmeier说:“有趣的是,我们还观察到MDC的Simone Spuler教授的Myology Lab提供的肌肉疾病患者的肌肉活检中基因活性的增加。” “看来这是肌肉试图抵消与疾病有关的损害的方法。”

Birchmeier总结说:“通过我们的研究,我们提出了一种强有力的方法来研究肌肉的病理机制,并测试新疗法的成功性。” 由于在其他多种疾病(例如糖尿病和与年龄或癌症相关的肌肉萎缩)中也观察到了肌肉功能衰竭,因此该方法也可以用于更好地研究这些变化。“我们已经计划对其他疾病模型进行进一步的研究,”金证实。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。