“嘈杂”基因表达在发育中起关键作用，并可能有助于改善干细胞疗法

为了加快化学反应，化学家可能会将反应物放在Bunsen燃烧器上。增加热量会增加颗粒的随机运动和碰撞程度，从而加速反应。

在细胞生物学，一个重要的“反应”是将干细胞转化为体内所有其他细胞，这是一种称为分化的过程。Gladstone Institutes研究人员现在发现了一个分子机制这就像Bunsen燃烧器一样，可以“调高热量”并加速分化。

但是，此过程没有提高温度，而是扩大了随机波动的水平基因表达- 或哪些基因在单元格内打开或关闭。增强这些波动，也称为“噪音，“似乎有助于从一种单元格到另一种单元格的开关。

“数十年来，研究人员已经研究并描述了基因表达中的这些波动或'噪声'。”“但是目前尚不清楚这种噪声是否只是基因表达的不可避免的副产品，它被广泛假定，还是发挥了某种功能作用。”

现在，如《期刊》中的报道科学，他和他的团队通过维修发现了一条名为不和谐转录的途径（Dithr，发音为“抖动”）。DITHR途径似乎增强了干细胞中基因表达的噪声，并增强了它们的分化能力。

一种新的基本机制

DITHR途径的发现源于团队早期在艾滋病毒上的工作。

温伯格说：“我们一直在解决HIV中的一个长期问题，即如何改变艾滋病毒在患者中长期潜伏状态的能力。”加州大学旧金山加州大学（UCSF）。“我们发现分子这种改变病毒表达的噪声也减少了HIV的持久性。”

他补充说：“当这些相同的分子在干细胞中起作用时，这真是令人震惊。”“而且，试图了解这些分子的工作方式如何变成寻找基本生物学机制的寻找。”

当基因打开或表达基因时，存储在基因中的信息被用来构建细胞需要功能的物质。但是绝大多数基因并非一直存在。

大多数基因切换（或在活动状态和非活动状态之间切换，打开和关闭），每隔几个小时。这会在基因表达水平上产生噪声。HIV一旦感染细胞，就非常像人类基因，并且表现出相似的噪声特性。

在研究HIV时，温伯格的团队发现了可以增强噪声或在活动状态和非活动状态之间切换表达机械的分子的存在，但奇怪的是，不影响平均表达水平。他们称他们为噪声增强分子。这些分子的作用像Bunsen燃烧器，用于基因表达，并提高了旨在从沉默状态唤醒HIV的药物的效率，这是治疗患者策略的一部分。

但是，这些增强噪声的分子如何在不改变表达水平的情况下增加噪声是完全未知的。

一时兴起，科学家研究了将噪声增强分子应用于胚胎干细胞没有艾滋病毒。令人惊讶的是，这些分子对干细胞的作用与对HIV的作用相同，从而在不改变表达水平的情况下扩增噪声。他们还加速了干细胞转化为其他细胞类型的能力。

该团队的主要发现是，增强噪声分子促进噪声的机制涉及修复DNA中某些误差的过程，而DNA可能会在基因打开时可能出现。该DNA修复过程的关键成分是一种称为AP内核酸酶1（APEX1）的蛋白质。

该研究的第一作者说：“我们发现APEX1以最初阻碍然后加速基因表达的方式直接改变了DNA双螺旋的形状。”Weinberger实验室的UCSF医学科学家培训计划的学生。

该团队表明APEX1是这种新的DITHR途径的关键因素，它增加了整个阵列的噪声基因在基因组中。

使差异更有效

接下来，由于在干细胞中自然发现了一些噪声增强剂分子，因此小组询问新发现的机制如何影响干细胞转化为其他细胞类型。他们用噪声增强剂分子和物质促使分化为其他类型的细胞的物质处理了小鼠胚胎干细胞。

他们发现，DITHR赋予的噪声增加使干细胞可以像Bunsen Burner对化学反应一样更有效地区分。

而且，该机制也朝相反的方向起作用。它提高了将分化单元重新变成多能的过程的效率干细胞，有可能成为几种不同的细胞类型，这一发现获得了格拉德斯通科学家Shinya Yamanaka，医学博士，博士，2012年诺贝尔奖。

“我们的发现表明DITHR途径使细胞Desai说：“对指导其命运的信号的反应更敏感。这意味着该机制可能在胚胎的发展中起基本的生物学作用。”

展望未来，研究小组计划进一步绘制DITHR途径的各个组件。

温伯格说：“我们现在的目标是了解DITHR的调节方式以及是否存在相关的噪声控制途径。”“最终，利用这些途径的方法可以显着改善细胞工程和基于干细胞的疗法。”

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