我们身体中的每个细胞都需要一个燃料源来生长和分裂，以维持我们的生存。大多数细胞更喜欢高能量的糖作为燃料，但很多时候，我们的细胞会发现自身供应不足，必须寻找其他能源来维持基本功能以维持生命。由于大多数生物经历了盛宴和饥荒，细胞已经进化出了对不断变化的营养环境做出快速反应的方式。Brian Strahl博士是北卡罗来纳大学医学院生物化学和生物物理学系的临时主席，他的实验室已经揭示了细胞如何做到这一点的更多细节，并对细胞表观遗传学影响生物学和疾病的基本方式有了深入的了解。
这项发表在《基因与发展》(Genes & Development)杂志上的研究对癌症研究具有启示意义，因为它部分解释了细胞如何在缺乏高能来源的情况下转录基因的悖论。这种情况在癌症中出现，多年来一直困扰着研究人员。
在细胞有大量能量的情况下，生物体会制造高能分子，为细胞的生长和分裂提供燃料。事实上，癌细胞的一种特性就是能够获得大量的糖来促进癌细胞的生长。相反，当细胞耗尽这些“首选”能源时，它们会转向其他方式(或新陈代谢系统)来创造能量以维持生命。就像节食一样，细胞会在禁食时分解脂肪。细胞能够很好地适应不断变化的营养环境。
“但细胞如何适应这些变化，并启动它们的特殊基因表达程序，以处理细胞在营养流动下创造的新工作，是该领域的一大谜团，”该论文的资深作者、北卡罗来纳大学教堂山分校的奥利弗·史密斯研究员斯特拉京梦说。为了研究细胞是如何做到这一点的，斯特拉的实验室应用了一种特殊的实验室系统，允许它们在一个腔室中生长自然产生的酵母，在这个腔室中，它们可以精确地控制可用的能量来源。通过这样做，他们能够让酵母经历一波又一波的盛宴和饥荒，而这很容易研究。一波又一波的盛宴和一波又一波的饥荒导致了一波又一波的代谢变化，这使得研究人员能够在基因水平上研究发生了什么。
所有的细胞都有相同的遗传信息或生命蓝图，但为了创造特定的功能，它们会以不同的方式使用这些信息——例如，创造不同的细胞类型或组织——甚至处理环境的变化，例如能量流动。数十年的研究表明，在基因组蓝图中，不同基因被激活的方式是通过向包裹DNA的称为组蛋白的蛋白质添加小的化学物质(或分子标签)。化学信号或标签有助于推动DNA“打开”并打开一个基因，或“关闭”并关闭一个基因。然而，人们对营养物质的变化如何有效地与基因组“对话”，从而指导基因表达的变化知之甚少。
Jibo张
斯特拉尔实验室的研究生张集博(Jibo Zhang)领导的实验以酵母为模型，表明在高能量的情况下，新陈代谢的一种副产品有助于提高组蛋白上一个分子标签的水平。这个过程叫做乙酰化。在此过程深圳信用卡取现中，研究人员发现，在一种蛋白质中，一个新发现的结构域可以调节一种名为Yaf9的基因的表达，它可以结合这个标签，并带来许多创造基因表达的机制。然而，在斋戒期间，情况就大不相同了。组蛋白上的高能量标签被拿走，以为细胞创造急需的能量。
但张也发现，Yaf9的招募也不见了。虽然这种缺失通常被认为是关闭基因，但张教授发现，这些时间实际上在驱动基因表达的酶中含量很高。因此，细胞找到了一种方法，使基因表达仍然发生在低营养条件下，以满足基因表达的需要，而不需要高能量组蛋白标签。
这表明，细胞已经进化出一种方式，确保基因表达在任何时候都是有效的。
“我们认为，在两种营养状态(高与低)之间发现的标签类型的独特差异，实际上可能是一种特殊类型的信号，确保基因表达程序在这两个时间仍然有效，”张说，该论文的第一作者。
这项工作对正常的人类生物学和疾病(如癌症)具有重要意义。众所周知，癌细胞需要高能量糖来维持生长和分裂。许多癌症的生长是由代谢驱动的。
斯特拉尔实验室的工作为研究基因在高能量条件下的表达过程提供了新的视角，这可能会开辟新的治疗靶点和干扰癌症生长的方法。
基因与发展论文的合著者是北卡罗来纳大学教堂山分校的本科生Aakanksha Gundu。布莱恩·斯特拉是北卡罗来纳大学莱恩伯格综合癌症中心的成员。
这项研究由美国国立卫生研究院(GM126900)svz def资助。