Gesundheit

Studie findet, die Zellen erhalten eine komplette molekulare Gedächtnis “ Ihrer embryonalen Herkunft: Entdeckung möglicherweise erhebliche Konsequenzen für die regenerative Medizin, Krebsforschung

In der Forschung, wirft den Zellen als Kuratoren Ihrer eigenen Geschichte, Dana-Farber Cancer Institute-Wissenschaftler haben entdeckt, dass Adulte Gewebe behalten Sie eine Erinnerung, die eingeschrieben ist auf der DNA, der die embryonalen Zellen, aus denen Sie entstanden sind. Die Entdeckung führte zu einer noch mehr faszinierende–, dass der Speicher voll abrufbar: unter bestimmten Bedingungen können Zellen spielen die Geschichte Ihrer Entwicklung in den Rückwärtsgang zu schalten Gene, die aktiv waren, in den fetalen Zustand.

Die Ergebnisse, veröffentlicht heute online in der Fachzeitschrift Molecular Cell, den Sturz der herrschenden wissenschaftlichen Annahme, dass die adulten Geweben tragen wenig Spuren Ihrer embryonalen Herkunft. Die Entdeckung ist besonders relevant für den Bereich der regenerativen Medizin, weil es suggeriert, dass die Zellen von Patienten, die möglicherweise einmal in einem früheren Stadium der Entwicklung, und dann erlaubt, um zu Reifen in Erwachsenen Geweben, die verwendet werden können, zu ersetzen Kranken oder versagenden Organe. Es auch hält Versprechen für die Krebs-Forschung, vor allem auf der Fähigkeit von Krebszellen zu aktivieren, lange nicht genutzten Gene, um Ihnen zu helfen über den gesamten Körper ausbreiten.

„Wir haben entdeckt, dass Adulte Zellen pflegen Sie einen Katalog aller Gene, die im Einsatz schon früh in der Entwicklung — eine Aufzeichnung von der Bühne in die Organe und Gewebe gebildet werden, die innerhalb des Embryos“, sagt der senior-Autor der neuen Studie, Ramesh Shivdasani, MD, PhD, von Dana-Farber, Brigham and Women ‚ s Hospital, Harvard Medical School und am Harvard Stem Cell Institute. „Über die schiere Existenz dieses Archivs, waren wir überrascht zu finden, dass es nicht dauerhaft verschlossen, kann aber zugegriffen werden, die von Zellen unter bestimmten Bedingungen. Die Folgen dieser Entdeckung für unser denken, wie Zellen, die Fähigkeiten, und für die zukünftige Behandlung von degenerativen und anderen Erkrankungen, sind potenziell tief.“

Die „embryonale memory“ entdeckt Shivdasani und seine Kollegen erfolgt in form von Molekülen, den sogenannten Methylgruppen, die binden und trennen Sie die DNA innerhalb der Zellen. Die Platzierung dieser methyl-Gruppen –, welcher Teil der DNA, die Sie binden, und in welchem zahlen-bestimmt, welche Gene aktiv sind und welche nicht. Die Anordnung der methyl-Gruppen in einem bestimmten Abschnitt der DNA ist bekannt als die methylierungs-Muster.

In der neuen Studie, die Forscher konzentrierten sich auf die methylierungsmuster der Regionen der DNA, bekannt als Geschmacksverstärker. Potenzmittel kann man sich als Schlüssel für das schalten Gene an und aus. Aktivieren ein gen, DNA bildet eine Schleife, bringt ein Verstärker in der Nähe der kodierenden Teil des Gens — der Abschnitt enthält den bauplan für ein protein. Dann, zusammen mit anderen Regionen der DNA und spezialisierte Proteine, die den genetischen code eingebettet in die DNA in RNA umgewandelt wird.

Im Laufe der embryonalen und fetalen Entwicklung, wie Zellen sich entwickeln, um auf die spezifischen Eigenschaften der mehreren hundert Typen von adulten Geweben, Zellen sind ständig Entscheidungen darüber, welche Art von Zelle Sie werden,“ Shivdasani erklärt. „Dieser Prozess, bekannt als Zell-Differenzierung, beinhaltet Zellen spiegeln verschiedene Gene an-und abschalten durch verschiedene enhancers.“ In jedem Stadium der Entwicklung, insbesondere legt der Enhancer aktiv werden, wie viel die einzelnen Abschnitte des Orchesters spielen während der verschiedenen Teile einer Symphonie.

Durch die Zeit, die ein Kind vollständig gebildet wird, die Menge von aktiven Potenzmitteln bleibt weitgehend unverändert für den Rest des Lebens (obwohl die Leber, zum Beispiel, wird größer als ein Kind wächst, seine Identität als Leber ist konsistent). Für die meisten Teil, Geschmacksverstärker verwendet wurden früh in der Entwicklung, sind aber jetzt im Leerlauf „Aussehen wie Sie‘ ve wurde abgeschaltet,“ Shivdasani sagt. „Sie scheinen nicht zu haben die Merkmale der Tätigkeit.“

Eine der Besonderheiten der Enhancer ist, dass bestimmte Abschnitte von Ihnen-wo die C-Molekül der genetische code ist, gefolgt von der G-Molekül-sind weitgehend beraubt methyl-Gruppen, ein Zustand bekannt als hypomethylierung. Dies gilt selbst dann der Enhancer wurden abgeschaltet, nachdem Ihre Rolle in der embryonalen Entwicklung beendet. Wissenschaftler nicht wissen, ist jedoch, wie umfangreich die Zellen erhalten diese Erinnerung Ihrer frühesten Inkarnationen, und ob diese Erinnerungen zugegriffen werden kann.

Die Ergebnisse der neuen Studie waren die Beleuchtung auf beiden zählt. In intestinalen Zellen aus adulten Mäusen, Shivdasani und seine Kollegen fanden ein fast vollständiges Archiv der Enhancer aktiv waren, in den formativen Phasen der Darm-Entwicklung. Darüber hinaus fanden Sie, dass in der Abwesenheit von einem protein namens Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), die meisten dieser stillgelegt Enhancer zurückgegeben Aktivität innerhalb von zwei Wochen. (PRC2 ist eines der wichtigsten Proteine, die von Zellen zum ausschalten spezifischer Gene.)

„Wir haben gezeigt, dass Adulte Zellen nicht nur behalten eine Erinnerung von der embryonalen und fetalen Periode, aber auch, dass unter bestimmten Umständen, in diesem Speicher kann wiederhergestellt werden,“ Shivdasani Bemerkungen. „Das Archiv sicher gespeichert und können abgerufen werden, mit bemerkenswerten Spezifität und Genauigkeit.“

An dieser Stelle können sich die Forscher nur darüber spekulieren, warum die adulten Zellen erhalten diese molekularen Erinnerungen. Eine Möglichkeit ist, dass Sie sind einfach Relikte einer früheren Phase der Zellen‘ lineage — Fossilien Ihre Entwicklung. Ein weiterer ist, dass die Zellen möglicherweise müssen Sie beschwören, diese Erinnerungen — bringen Sie zum Leben, in der Tat-um das generieren von frischem Gewebe, um Schäden zu reparieren. „Wenn der Körper braucht, um Gewebe regenerieren, die beschädigt ist, kann es notwendig sein, Zellen innerhalb des Gewebes wiedergeben, was in den embryo,“ Shivdasani Staaten.

Die Erkenntnisse öffnen ein neues Kapitel in der regenerativen Medizin, wie der Wissenschaftler erforschen, ob cell-Speicher kann genutzt werden, generieren Ersatzgewebe für Organe, die beschädigt sind oder die Kranken, die Autoren der Studie sagen. Da solche Gewebe wäre abgeleitet aus den eigenen Zellen des Patienten, gäbe es keine Gefahr der Abstoßung durch das Immunsystem.

Die Entdeckung kann auch halten Versprechen für die Behandlung von Krebs. Es wird angenommen, dass einer der Wege, Krebszellen erlangen die Fähigkeit, lassen Sie die ursprünglichen tumor und metastasiert ist durch die Umstellung auf Gene, die aktiv waren, während der fötalen Entwicklung aber später wurde ruhend. Zu wissen, dass die Zellen halten Sie eine Aufzeichnung Ihrer ehemals aktiven Enhancer kann vorschlagen, neue Ziele für Therapien zielt auf die Eindämmung oder Verhinderung von Metastasen bei Patienten.

Der führende Autor der Studie ist Unmesh Jadhav, PhD, von Dana-Farber, Brigham und Frauen, und der Harvard Medical School. Co-Autoren sind Huafeng Xie, PhD, von Dana-Farber und an der Harvard Medical School; Nicholas K. O ‚ Neill, Zacharias Herbert, MS, und Shariq Madha, von Dana-Farber; Alessia Cavazza, PhD, und Kushal K. Banerjee, von Dana-Farber, Brigham und Frauen, und der Harvard Medical School; Veronica Saenz-Vash und Huili Zhai, PhD, der Novartis Institutes for Biomedical Research; und Stuart Orkin, MD, von Dana-Farber, Howard Hughes Medical Institute, Harvard Medical School und am Harvard Stem Cell Institute.

Die Studie wurde unterstützt durch die National Institutes of Health (Zuschüsse R01DK081113, R01DK082889, U01DK103152, F32DK103453, K01DK113067, und P50CA127003); die Dana-Farber Cancer Institute-Novartis Drug Discovery-Programm; ein Stipendium der italienischen amerikanischen Krebs-Stiftung; und Geschenke aus der Familie Lind.