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单纯物理力就能激活基因表达,且比化学信号快几百倍!

美国伊利诺伊大学的一项新研究发现,生物学相关力——相当于通过呼吸、运动或发声施加在人体细胞上的力就能激活基因表达蛋白质。

“力可以激活基因,不需要中间产物,也不需要细胞质中的酶或信号分子,”领导这项研究的机械科学与工程教授Ning Wang说。“我们还发现了为什么有些基因可以被‘武力’激活,而有些不能。”

先前的研究表明,一些基因很容易受到物理操作影响。这篇《Science Advances》*证明,单靠拉伸细胞就可以影响基因的表达方式。

研究人员观察到,拉伸细胞导致基因表达增加的核心是组蛋白。其中一类名为H3的组蛋白在赖氨酸9被甲基化时,似乎阻止了力反应基因的表达。由于H3K9甲基化在细胞核外围高,大部分不在细胞内部,因此内部的基因对拉伸反应更加敏感。

“由于外围H3K9组蛋白高度甲基化,即使有力牵扯,位于细胞核周边的基因也不能被激活,而靠近核中心的基因可以通过拉伸被激活,”Wang说。

通过增加或减少H3K9组蛋白甲基化,研究人员可以抑制或促进力反应基因表达。科学家还测试了施力频率是否影响基因表达,他们发现细胞对频率高达10-20赫兹的力反应灵敏。

“人体内的活细胞经历各种频率的力(如呼吸、心跳、行走、跑步、跳跃和唱歌),通常从0.2赫兹到数百赫兹不等,”研究人员写道。“在高频率下,细胞变坚硬,指导基因转录的酶无法与DNA结合。”

从进化角度来看,细胞对力的即时反应是有意义的。“细胞必须能对环境做出快速反应,这样它们才能存活下来。”

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