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一个基因统治所有基因

2020年3月25日

作者:卡洛琳Seydel

任何和蹒跚学步的孩子呆在一起的人都可能听过这样的话:“我希望我有那种精力!”一个疲惫的成年人说。蹒跚学步的孩子当然需要所有的能量,因为他们的成长和发育比成年人快得多。在人的一生中,身体的能量需要潮起潮落。相应地,身体细胞在发育的不同阶段以不同的速度将营养物质转化为能量。

现在,一项针对果蝇的新研究让我们第一次看到了在能量代谢中编排这些变化的复杂基因编程。这项研究是由犹万博APP官网平台他大学这篇文章于3月12日发表在该杂志上基因与发育.他们在果蝇身上发现了这一点果蝇,一种叫做dERR的基因协调了大量基因,这些基因在果蝇的生命周期中同时开启和关闭。这些基因激活的高度同步变化使生物体能够调整其新陈代谢,以满足其在快速生长和成熟期间的能量需求。

“大脑中有很多不同的组织,它们都在做不同的事情,”他说卡尔·图梅尔博士他是这篇论文的资深作者,也是伊利诺伊大学健康学院的人类遗传学教授。“这就是为什么我们如此惊讶地看到一切是如此协调。”

所有细胞都需要能量。无论这些细胞存在于人类还是苍蝇体内,将食物转化为能量的化学反应都以大致相同的方式进行。因此,研究果蝇的能量代谢可以反映出人类的情况。

Thummel和他的同事们想要更多地了解dERR基因,它制造一种叫做果蝇Estrogen-Rrelated Rreceptor。人类有三种不同版本的ERR蛋白,但果蝇只有一种。从他们之前的工作中,研究人员知道dERR支持年轻果蝇的快速生长。但他们也注意到成年果蝇也会产生dERR。

“为什么一种支持快速生长的蛋白质会在成体阶段得到表达,而成体体内却没有净生长?””凯瑟琳Beebe博士。该研究的第一作者、密歇根大学健康学院的博士后。为了找到答案,她创造了变异果蝇,在发育过程中,她可以在任何时候阻止细胞产生dERR。

毕比解释说:“我们可以很好地控制基因在什么时候丢失以及在什么组织中丢失。”这很重要,因为缺乏dERR的幼蝇无法存活到成年。

当她从成年果蝇中消除dERR时,糖在果蝇的系统中积聚——这种情况被称为高血糖症。与此同时,他们的脂肪含量急剧下降。果蝇失去了燃烧糖来获取能量的能力,同时也停止了制造脂肪来储存能量。毕比说:“把这两个点联系起来真的很令人兴奋。这表明dERR控制着一组参与多种化学过程的广泛基因。

为了弄清楚dERR的影响究竟有多广泛,研究人员观察了几十个参与新陈代谢的基因的基因表达模式。他们发现,这些基因中的大多数在蛹发育阶段同时开启。蛹有点像“青少年”昆虫,不再是幼虫,但还不是成虫。许多基因编码的蛋白质可以分解葡萄糖产生能量,每一个基因都是由dERR控制的,还有一些基因参与以脂肪的形式储存能量。Thummel说:“所有这些基因在成年期开始时急剧上升,在ERR突变体中,这种开关的一部分失效了。”

尽管如此,仍然有大量的基因参与代谢,有些基因即使没有dERR,也会像往常一样开启和关闭。“科学是渐进的,”Beebe说,dERR可能只是许多有待确定的控制开关之一。

尽管还有很多工作要做,但了解调节新陈代谢的基因等级可能会为解决人类疾病提供新的思路。它可能会为关闭处于持续快速生长状态的癌细胞或纠正代谢紊乱带来新的见解。

研究人员开始测试缺乏dERR的果蝇会发生什么,在这个过程中,他们拉了一条线,导致了他们从未预料到的事情。Thummel说:“它揭示了一些我们认为重要得多的东西,即新陈代谢在发育过程中受到全面调节,以我们以前从未真正想到的方式。”

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除了Thummel和Beebe,合著者还有M. Robins, E. Hernandez, G. Lam和M. Horner。”果蝇雌激素相关受体指导转录开关,支持成人糖酵解和脂肪生成”的研究在美国国立卫生研究院的支持下发表。