Unerwartete Reaktion auf östrogen ist bei der Einzel-Zell-Ebene

Ein team von Forschern an Baylor College of Medicine festgestellt, dass nicht nur einzelne säugetier-Zellen in einer population nicht reagieren synchron zu einer östrogen-stimulation, weder den einzelnen gen-Kopien, bekannt als Allele. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Nucleic Acids Research, zeigte auch, dass weder das Niveau der östrogen-rezeptor noch die Aktivierungs-status bestimmt asynchrone zelluläre Antworten.

Jedoch, ein niedermolekularer inhibitor von ausgewählten östrogen coregulators erhöht die Reaktion der einzelnen Allele Hormon, zur Schaffung einer bislang nicht erkannte-Modus der Regulierung der östrogen-induzierten gen-Aktivierung in der Einzel-Zell-Ebene.

„Östrogen ist eine Art von steroid-Hormon moduliert, dass eine große Zahl von biologischen Funktionen, die beide (Männchen und Weibchen), durch die Regulierung der Aktivität von Hunderten von Genen pro Zelle,“ sagte ersten Autor Dr. Fabio Stossi, außerordentlicher professor der Molekularen und Zellulären Biologie und der technische Leiter der Integrierten Mikroskopie Kern an der Baylor.

Viel ist darüber bekannt, wie östrogen löst seine Auswirkungen. Es bindet an einen nuklearen Transkriptionsfaktor (estrogen receptor, ER), die wiederum interagiert mit spezifischen DNA-Sequenzen erleichtern die Rekrutierung von coregulators, die an der regulation der Genexpression. Es wurde davon ausgegangen, dass dieser Prozess würde wahrscheinlich gleichzeitig geschehen, in all der ER-haltigen Zellen in einer population wurde die Stimulation mit östrogen, aber wenig wurde bekannt, wie einzelne Zellen oder einzelne Kopien des gleichen Gens reagiert. Das ist der Grund, warum die Forscher nicht davon aus, diese finden an den Einzel-Zell-Ebene.

Betrachtet man die einzelnen Zellen und Gene

„In der aktuellen Studie arbeiteten wir mit menschlichen Brustkrebs-Zelllinien gezüchtet im Labor. Mit beiden molekular-und imaging-Analysen, haben wir entschlossen, an der einzelnen Zelle und Allel Ebenen, die Expression von zwei gut charakterisierte Gene, GREB1 und MYC, deren Tätigkeit geregelt wird durch östrogen,“ sagte entsprechenden Autor Dr. Michael A. Mancini, professor der Molekularen und Zellulären Biologie und Pharmakologie und Chemische Biologie an der Baylor. Mancini ist auch der Akademische Direktor der Dauerbrenner Integrated Microscopy Core (IMC) an der Baylor und Direktor des vor kurzem gebildeten GCC-Zentrum für Fortgeschrittene Mikroskopie und Bild-informatik (CAMII), eine CPRIT finanzierten Ressource über Baylor und Texas A&M Institut für Biowissenschaften und-Technologie.

Die Forscher inkubierten die Zellen im Labor und behandelte Sie mit östrogen. Dann sah Sie den Ausdruck des GREB1 und MYC-Gene in einzelnen Zellen und auf die expression der einzelnen Allele in jeder Zelle. Wie erwartet fanden Sie heraus, dass östrogen aktiviert GREB1 und MYC-Gene schnell, innerhalb von 15 Minuten, aber es war eine unerwartete und markierte asynchrone Antwort auf Hormon-simulation sowohl auf die einzelne Zelle und Allel Ebenen.

„Unsere Analysen zeigten, dass das gen die Aktivierung der Zellen in einer population erschienen eher zufällig, als wir erwartet haben. In einzelnen Zellen, die Antwort, die jeder Kopie des Gens war unabhängig von den benachbarten Zellen. In einigen Zellen, keine Allele der Gene, die aktiv waren, in der Erwägung, dass die Zellen neben Ihnen würden einige oder alle Ihrer gen-Kopien aktiv,“ Stossi sagte.

Dennoch erklärten die Forscher, dass, obwohl diese Ergebnisse nicht beschrieben worden, bevor Sie in östrogen-rezeptor-Biologie, Sie waren nicht völlig überraschend.

Studien in genetisch identischen Bakterien haben gezeigt, dass, wenn unterzogen, um die gleiche Behandlung, nicht alle Bakterien die gleiche Weise reagieren. Dies wird als phänotypische Heterogenität.

„Wir haben die Befragung Mechanismen der Aktion, die ER über state-of-the-art-imaging/ – Analyse seit den 90er Jahren, mit der kontinuierlichen Verbesserung unserer Ressourcen, wie Sie entwickelt werden, oder, wenn Sie auf den Markt kommen, aber diese neueren Studien haben aufgedeckt neuartigen Eigenschaften von östrogen Aktion in säugerzellen für die erste Zeit,“ Mancini sagte. „Nachdem die phänotypische Heterogenität con-stellt eine wichtige anpassungsstrategie an zellpopulationen, ob Sie bösartig oder normal. Wenn alle Zellen in einer population reagierte die gleiche Weise zu einem schädlichen stimulus, zum Beispiel durch Beendigung eine wesentliche Funktion, dann würden Sie nicht die Fähigkeit haben, zu überleben. Aber reagieren-ing anders denen einige Zellen zu überleben.“

Was bewirkt eine asynchrone Antwort?

Das nächste Experiment soll klären, was die Ursache asynchrone östrogen-getriggerten gen-Aktivierung. Da die imaging-und Bildanalyse-Routinen, die entwickelt wurden und verwendet wurden, waren offen für die voll automatisierte high-throughput imaging – /Analyse-Plattformen innerhalb des IMC und CAMII, hatten wir eine einzigartige Gelegenheit, dieser Frage nachzugehen.

Erstens, die Forscher stellten die Hypothese auf, dass die Zellen reagierten unterschiedlich auf östrogen, da die Anzahl der östrogen-Rezeptoren pro Zelle variiert. Sie waren überrascht zu erfahren, dass die Anzahl der östrogenrezeptoren in den Zellen exprimiert wurde nicht unbedingt diktieren, ob eine Zelle im Begriff war, zu aktivieren, den Ziel-Gene. Dann untersuchten die Forscher, ob die zelluläre Reaktion auf östrogen-abhängig von den Aktivierungs-status der östrogen-rezeptor mit einem Patienten verknüpft, con-stitutively-aktiv-rezeptor, aber auch hier fanden Sie keine Korrelation.

Als Nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchten nun die Möglichkeit, dass östrogen-rezeptor-coregulators waren beteiligt bei der Modulation der Allel-von-Allel Reaktion auf östrogen. Die Nutzung der automated high throughput Ressourcen des IMC/CAMII, Sie getestet, eine Sammlung von kleinen Molekül epigenetischen Inhibitoren und identifiziert, genannt MS049, ein inhibitor der beiden protein-Arginin-methyltransferasen, die deutlich erhöht die erwartete Anzahl der aktiven Allele pro Zelle unter östrogen-stimulation, die in einer gen-spezifischen Art und Weise.

„Zum ersten mal waren wir in der Lage zu verändern die Natur, die östrogene Reaktion auf Allel-Ebene, der angibt, dass es gibt Wege, die dienen als rheostate zu pflegen Variabilität der Reaktion auf einen Reiz, und verhindert somit eine maximale und gleichmäßige Verhalten in einer population von Zellen,“ Stossi sagte. „Diese Ergebnisse zeigten, dass die Veränderung der Aktivität von coregulators einstellen können, die Unterschiede der Allel-von-Allel hormonelle Reaktionen in einem gen-spezifischen Art und Weise.“