某复合物在心肌纤维表观遗传决定中起关键作用
分类:生命科学

某复合物在心肌细胞表观遗传控制中起关键作用
要有全球视野、把握时代脉搏
LIGO升级后公布5个疑似引力波信号

从单个全能受精卵产生广泛不同和特化的细胞类型涉及大规模转录变化和染色质重组。先锋转录因子在编程表观基因组中起关键作用,并在连续细胞谱系规范和分化步骤中促进其他调节因子的募集。2019年4月25号,同济大学心律失常教育部重点实验室、同济大学附属东方医院课题组长孙云甫教授、梁兴群教授团队等在Cell Research上在线发表了题为Pioneering function of Isl1 in the epigenetic control of cardiomyocyte cell fate的研究论文。该研究揭示Isl1 / Brg1-Baf60c复合物在协调心脏发生和建立心肌细胞命运的表观遗传记忆中起着至关重要的作用。

科学技术是世界性的、时代性的,发展科学技术必须具有全球视野、把握时代脉搏。当今世界,一些重要的科学问题和关键核心技术已经呈现出革命性突破的先兆。我们必须树立雄心、奋起直追,推动我国科技事业加快发展。

北京时间4月26日深夜,在你进入梦乡之时,美国激光干涉引力波天文台和欧洲“处女座”引力波探测器联合公开发布了一个疑似引力波信号预警。科学家怀疑,这可能是首个黑洞吞噬中子星产生的引力波信号。目前,天文学家仍在分析数据并利用计算机模拟,以更好地对其进行解释。不过,他们认为,这一观测如获证实,将是黑洞—中子星这种二元系统确实存在的首个证据,有望让多个天文学领域受益——从精确测试广义相对论到测量宇宙的膨胀速度等。世界各地的天文学家也在竞相使用不同类型的望远镜来观察这一现象。LIGO数据分析团队成员查德·汉纳说:“这一信号可能源于中子星—黑洞的并合”。但他也表示,信号不是很强,这意味着它可能只是偶然事件。最新事件被临时标记为#S190426c,LIGO-Virgo团队计算得出,其似乎发生于12亿光年之外。他们绘制了一张“天空图”,标识了该引力波最有可能产生的位置,并将这些信息作为公共警报发送出去,以便其他天文学家能在天空中搜寻这一事件发出的光。研究人员称,如果4月26日的事件不是黑洞—中子星并合,那它可能是两颗中子星并合。这是LIGO-Virgo二者经历一系列升级,并于4月1日联合开始第三轮探测运行以来,推出的全新举措:一旦收到疑似引力波信号预警,第一时间提醒全球天文学界注意。截至记者发稿,LIGO和Virgo本月已正式公开发布5次疑似引力波信号预警。普通人也能实时跟踪“能在不到一个月时间,正式发布5次疑似引力波信号预警,跟最新升级有很大关系。”LIGO科学合作组织成员、武汉大学物理科学与技术学院特聘研究员范锡龙在接受科技日报记者采访时说。据LIGO官网介绍,自4月1日“王者归来”后,LIGO的灵敏度比上一轮运行提升了40%,而Virgo的灵敏度几乎是上一轮运行的两倍。除了灵敏度显著提升,第三轮探测运行的亮点之一是探测到可能的引力波信号后,立刻预警全球天文学界。“公开疑似引力波信号源越及时,探测X射线、紫外线、可见光、射电信号的电磁望远镜就越可以及时搜寻这些信号,并有望从同一源头发现对应的电磁信号。”LIGO实验室主任戴维·赖茨解释说,在很多情况下,尽快探测到电磁信号对于理解引力波事件的动力学机制,并揭示其真正本质具有关键作用。范锡龙告诉记者,2017年8月,LIGO和Virgo首次探测到双中子星并合产生的引力波信号,引发世界各地几十台望远镜开展联合观测,人类第一次同时探寻到引力波及其电磁对应体。但当时的预警信号只发送给与之有合作关系的天文台和科学家。如今,不但任何天文研究者,就连普通公众,也可以登录官方网址实时跟踪疑似引力波信号预警信息。苹果手机用户甚至还可以下载手机应用,在引力波预警信号发布时收到手机通知。引力波观测进入常态化清华LIGO工作组成员、清华大学计算机系副教授都志辉在接受科技日报记者采访时表示,LIGO第一时间公布疑似引力波预警信号,说明它对自身的硬件和软件流水线都更有信心了。“LIGO在第三轮探测运行期间,运行着多条引力波数据处理流水线,清华LIGO工作组与国际团队合作开发的SPIIR引力波数据处理流水线主要基于引力波滤波模型匹配,也是唯一一条使用GPU加速的流水线。”都志辉介绍,最新公布的5个疑似引力波信号,SPIIR引力波数据处理流水线也在线对其中4个触发了预警。都志辉告诉记者,清华LIGO工作组一直在优化引力波数据处理流水线的整体架构,提升其性能,使其更加稳定可靠。目前正在探索将深度学习方法应用于引力波数据处理当中。“引力波信号预警信息第一时间公开,有助于天文学界的信息互通。这也意味着引力波观测逐渐进入常态化。”范锡龙认为。更多阅读美国LIGO下月启动第三轮引力波探测

干细胞/祖细胞分化为不同的谱系涉及到一系列大规模的转录变化和染色质重组。组织特异性转录因子与表观遗传修饰因子协同作用对表观基因组进行编程,建立细胞同一性,这是由表观遗传调控机制进一步维持的。为了启动细胞程序设计,一种特殊类型的转录因子,即先锋转录因子,将发育沉默的基因嵌入在细胞核覆盖的“封闭”染色质中。先锋因子本身不足以激活基因,但它赋予染色质开放转录的能力。染色质开放有助于随后招募额外的转录因子和其他调节蛋白,这些蛋白协同工作,在谱系说明和心脏发生过程中的一系列步骤中诱导细胞类型特异性基因表达程序,多个转录因子相互配合,并整合在调控网络中,这些网络严格控制着确保心脏正常发育的转录程序。

——《在中国科学院考察时的讲话》(2013年7月17日)《人民日报》2013年7月18日

Isl 1是一种LIM-同源结构域转录因子,在分化和整合到心脏管之前,在SHF祖细胞中瞬时表达。这些细胞被添加到心脏管的动脉和静脉极,从而使其持续生长,并形成复杂的形态发生模式SHF心脏祖细胞的部署和分化在很大程度上是造成人类先天性心脏畸形的主要原因,这凸显了更全面地了解SHF介导的心脏发育的机制的重要性。从小鼠的遗传学研究可以看出,Isl 1在SHF发展中的关键作用,表明Isl 1缺陷小鼠胚胎缺乏从SHF中提取的所有结构,包括右心室、流出道和大部分心房,因为Isl 1是SHF CPC的增殖、存活、迁移及其分化为不同心脏线的必要条件。最近的研究发现Isl 1变异体和缺失与先天性心脏病有关。尽管Isl 1在心脏发育和疾病中起着关键作用,但对其分子作用模式的详细见解却严重缺失。

学习札记

在这里,研究显示Isl1通过塑造心脏祖细胞的染色质景观,作为驱动心肌细胞谱系的先驱因素。使用显示先天性心脏缺陷的Isl1亚型小鼠系列,Isl1结合的基因组范围分析以及心脏祖细胞及其衍生物的RNA-和ATAC-测序,揭示了Isl1下游的调节网络,其协调心脏发生。在机制上,研究显示Isl1与压缩的染色质结合并与基于Brg1-Baf60c的SWI / SNF复合物协同工作,以促进染色质景观中允许的心脏谱系特异性改变,不仅是在心脏祖细胞中具有关键功能的基因,而且还有当Isl1本身不再存在时高度表达的心肌细胞结构基因。因此,Isl1 / Brg1-Baf60c复合物在协调心脏发生和建立心肌细胞命运的表观遗传记忆中起着至关重要的作用。

科学研究既要坐得住冷板凳,也要跟得上时代潮流,既要坚持宁静致远,也要保持对未知世界的好奇心。以地学研究为例,包括地学在内的基础研究牵涉到时间尺度长、空间地域广、资料量庞大的复杂系统,科学家要想作出高水平成果,必须遵循其自身规律,以全球视野设计课题,并脚踏实地进行野外考察、取样、实验分析和数值模拟。

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