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日志

持家基因(house-keeping genes)

已有 4053 次阅读 2013-3-20 10:50 |关键词:基因 的 normal 生物体

管家基因: 在生物体几乎所有的细胞中持续表达的基因。 

持家基因[1](house-keeping genes):http://baike.baidu.com/view/650027.htm?fromId=142449
又称管家基因,是指所有细胞中均要表达的一类基因,其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的。如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。
管家基因是一类始终保持着低水平的甲基化并且一直处于活性转录状态。
管家基因表达水平受环境因素影响较小,而是在个体各个生长阶段的大多数,或几乎全部组织中持续表达,或变化很小,因此常存在于生物细胞核的常染色质中。它的表达只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响,而不受其他机制调节。
管家基因高度保守并且在大多数情况下持续表达,因此管家基因常被用于分子技术--多位点基因分析。一般来说多位点基因分析通常需7个管家基因位点(金黄色葡萄球菌),某些时候可能到10个基因位点(致伤弧菌)。
人类看家基因列表如下(部分基因,最常用的是ACTB和GAPDH),这是Trends in Gentics文献(Human housekeeping genes are compact)上分析得来的。
*NM_001101 Homo sapiens actin, beta (ACTB), mRNA6988
*NM_000034 Homo sapiens aldolase A,fructose-bisphosphate (ALDOA), mRNA3425
*NM_002046 Homo sapiens glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPD), mRNA828
*NM_000291 Homo sapiens phosphoglycerate kinase 1 (PGK1), mRNA2727
*NM_005566 Homo sapiens lactate dehydrogenase A (LDHA), mRNA2105
*NM_002954 Homo sapiens ribosomal protein S27a (RPS27A), mRNA4156
*NM_000981 Homo sapiens ribosomal protein L19 (RPL19), mRNA6997
*NM_000975 Homo sapiens ribosomal protein L11 (RPL11), mRNA6060
*NM_007363 Homo sapiens non-POU domain containing, octamer-binding (NONO), mRNA1708
*NM_004309 Homo sapiens Rho GDP dissociation inhibitor (GDI) alpha (ARHGDIA), mRNA1358
*NM_000994 Homo sapiens ribosomal protein L32 (RPL32), mRNA9523
*NM_022551 Homo sapiens ribosomal protein S18 (RPS18), mRNA11261
*NM_007355 Homo sapiens heat shock 90kDa protein 1, beta (HSPCB), mRNA4119

奢侈基因
奢侈基因(Luxury gene):即组织特异性基因(tissue-specific genes),是指不同类型细胞中特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与功能。
在高中生物中,奢侈基因选择性表达,所以它只在特定的细胞内表达。([1]例如血红蛋白基因只在血细胞内表达,所以血红蛋白基因便是奢侈基因。)
具有相同遗传信息的同一个体细胞间其所利用的基因并不相同,有的基因活动是维持细胞基本代谢所必需的,而有的基因则在一些分化细胞中活动,这正是细胞分化、生物发育的基础。

分子杂交等大量实验表明,在细胞的全套基因组中,只有少数基因(5-10%)表达。基因组中表达的基因分为两类:⑴一类是维持细胞基本生命活动所必须的,称管家基因(house keeping gene),如各种组蛋白基因。;⑵另一类是指导合成组织特异性蛋白的基因,对分化有重要影响,称奢侈基因(luxury gene),即组织特异性(tissue-specific gene)表达的基因,如表皮的角蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因(按照严谨的说法,其实这两种蛋白基因应该属于持家基因)、红细胞的血红蛋白基因等。这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系, 是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。

关于管家基因
管家基因是维持细胞生存不可缺少的,奢侈基因和细胞分化有关,是组织特异性表达有关的基因,在特定组织中保持非甲基化或低甲基化状态,而在其他组织中呈甲基化状态。几乎所有的甲基化均发生在二核苷序列5'-CG-3'中的C上。使胞嘧啶变为5'-甲基胞嘧啶。而含有这种甲基化CG的序列,对应于染色体上的兼性异染色质区域。
管家基因以组成型方式在所有细胞中表达,而奢侈基因在特定组细胞中得到表达。这些基因的特异表达与否,决定了生命历程中细胞的发育、分化、细胞周期的调控、体内平衡、细胞衰老、甚至于程序化死亡。对不同类型,不同分化时期细胞的基因或基因表达情况的研究,可以获得整个细胞生命过程的信息。细胞在不同自然或人工理化因子作用下代谢过程变化甚至于病变,基因也将选择性表达。http://baike.baidu.com/view/473002.htm

Molecular  Therapy:管家基因对细胞通路的成形具有重要作用
作者:生物谷来源:生命经纬2009-8-25 9:11:19
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关键词: 管家基因 细胞通路 神经生物学

加利福尼亚大学分子遗传中心和圣地亚哥医学院的一项研究表明,一种叫HPRT的基因对促使人类原始细胞转变成大脑正常的神经细胞的过程具有重要的作用。这种代谢基因就是总所周知的管家基因(housekeeping genes)。这项研究结果发布在Molecular  Therapy杂志的在线版本上。

很多情况下,大部分细胞中的管家基因都是表达的。这些基因简单的代谢功能可以调控正常的代谢,或者说在基因没有起到合适作用时会导致严重的疾病。但是目前还没有关于这种基因与通路形成的关系的研究,通路决定干细胞和其他的原始细胞变成神经细胞,肌肉细胞,骨细胞或血细胞。

研究表明,HPRT承担了一个重要的新角色,即会导致路径中错误的产生,结果使得大量转录因子基因表达时高时低,而且许多表达是错误的。此外,在除了HPRT的许多其他的管家基因中,同样发现了一些基因可以调控正在形成的重要通路。

科研人员还对HPRT基因做了直接的试验证实,通过对莱施-尼汉疾病(Lesch Nyhan disease)严重神经紊乱的形成研究,表明HPRT基因确实可能导致神经学上的问题。而这些问题会直接影响出生和神经元的功能,尤其是对多巴胺依赖的神经传导神经元。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原始出处:

Molecular Therapy (2009); doi:10.1038/mt.2009.178


Deficiency of the Housekeeping Gene Hypoxanthine–Guanine Phosphoribosyltransferase (HPRT) Dysregulates Neurogenesis
Ghiabe-Henri Guibinga1, Stephen Hsu1 and Theodore Friedmann1

1 Department of Pediatrics, Center for Molecular Genetics, University of California, San Diego School of Medicine, La Jolla, California, USA

Neuronal transcription factors play vital roles in the specification and development of neurons, including dopaminergic (DA) neurons. Mutations in the gene encoding the purine biosynthetic enzyme hypoxanthine–guanine phosphoribosyltransferase (HPRT) cause the resulting intractable and largely untreatable neurological impairment of Lesch–Nyhan disease (LND). The disorder is associated with a defect in basal ganglia DA pathways. The mechanisms connecting the purine metabolic defect and the central nervous system (CNS) phenotype are poorly understood but have been presumed to reflect a developmental defect of DA neurons. We have examined the effect of HPRT deficiency on the differentiation of neurons in the well-established human (NT2) embryonic carcinoma neurogenesis model. We have used a retrovirus expressing a small hairpin RNA (shRNA) to knock down HPRT gene expression and have examined the expression of a number of transcription factors essential for neuronal differentiation and marker genes involved in DA biosynthetic pathway. HPRT-deficient NT2 cells demonstrate aberrant expression of several transcription factors and DA markers. Although differentiated HPRT-deficient neurons also demonstrate a striking deficit in neurite outgrowth during differentiation, resulting neurons demonstrate wild-type electrophysiological properties. These results represent direct experimental evidence for aberrant neurogenesis in HPRT deficiency and suggest developmental roles for other housekeeping genes in neurodevelopmental disease.

http://www.bioon.com/biology/Class18/405387.shtml

Housekeeping gene
From Wikipedia, the free encyclopedia

In molecular biologyHousekeeping genes are typically constitutive genes that are required for the maintenance of basic cellular function, and are expressed in all cells of an organism under normal and patho physiological conditions.[1][2] Although some housekeeping genes are expressed at relatively constant levels (such as HSP90 and Beta-actin), other housekeeping genes may vary depending on experimental conditions.[3]

In a study involving cardiac stem cells ACTB and GAPDH were found to be the most consistent, while β2MHPRT-1 and RPLP-1 varied significantly between neonatal and adult cardiac cells.[4] The origin of the term "housekeeping gene" remains obscure. Literature from 1976 used the term to describe specifically tRNA and rRNA.[5] Interpreting gene expression data can be problematic, with most human genes registering 5-10 copies per cell (possibly representing error). Housekeeping genes are expressed in at least 25 copies per cell and sometimes number in the thousands.

http://en.wikipedia.org/wiki/Housekeeping_gene




作者:Robert Singer 来源:《自然—结构与分子生物学》 发布时间:2010-12-9 14:29:04
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“持家基因”表达或不具协同性

染色体的渲染(图片来源:iStockphoto/Felix Möckel)
 
美国耶什华大学阿尔伯特·爱因斯坦医学院的研究人员近日意外发现一种特定基因的激活方式,该发现或将从根本上改变以往科学家对细胞同步协作方式的看法。研究结果在线发表在12月5日的《自然—结构与分子生物学》上。
 
长期以来,科学家认为在蛋白复合物结构的形成中,基因的激活是通过一种高度协调的方式进行的。不同的基因各自负责编码一种蛋白,然后一同构成含有多种蛋白的蛋白复合物。
 
“我们的这项发现很让人惊讶”,论文的通讯作者Robert Singer教授说,“那些促使核糖体以及其他蛋白复合物中蛋白质部分构成的基因,其表达过程完全不是协调进行的,实际上,这些基因各自之间没有任何联系,因此我们称这些基因为‘无痕’基因。”而这种“无痕”基因也被人们俗称为持家基因(housekeeping genes)。
 
为了评估基因的协同表达,Singer与同事使用特定基因转录合成信使RNA分子,并对信使RNA分子进行了定量检测,发现与通过所有不相关基因转录合成的信使RNA分子一样,由持家基因转录合成的信使RNA分子也不具有协同性。
 
通常情况下,基因会“保持沉默”,只有在特殊环境下才能被诱导激活,而持家基因由于使命特殊则必须24小时“待命”。研究人员通过实验还发现,其他被激活的基因协同性很好,而“无痕”持家基因则相反。
 
“这项研究证明,对像持家基因这样的一类主要基因而言,细胞对其协同表达的需求比先前认为的要小得多”,论文第一作者Saumil Gandhi表示,“这些基因的活跃具有随意性,一个基因在编码的同时,你完全不知道同组的另一个基因在干嘛。而细胞以某种方式克服了这种随意性,使得蛋白复合物组装成功”。(科学网 张笑/编译)
 http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20101291429471313842.shtm

Housekeeping protein
Those sets of proteins involved in the basic functioning of a cell or the set of cells in an organism, for example enzymes involved in synthesis and processing of DNA, RNA, proteins or the major metabolic pathways. As opposed to luxury proteins.


Housekeeping cell
作者:孝文 来源:新浪科技 发布时间:2013-3-12 12:58:20

研究称老鼠植入人脑细胞后变聪明


图片来源:X. Han et al/Cell Stem Cell 2013

北京时间3月12日消息,据国外媒体报道,一项新研究发现,把人脑细胞植入老鼠体内可使这些动物更快学习新事物。科学家表示,他们把人体中枢神经系统中的胶质细胞植入动物体内,发现这些人体细胞影响动物大脑的通讯能力。他们说,这一发现可能对了解人脑进化具有重要意义。
 
这些研究人员认为,星形胶质细胞的进化可能是众多造成人类发展中更高认知功能和使人类不同于其他物种的关键事件的其中之一。这项新研究的负责人、罗彻斯特大学医学中心神经专家史蒂文-高曼表示:“我们认为,我们的研究最早证明了人体胶质细胞具有独特功能优势。”
 
这些发现于人体中枢神经系统的细胞直到最近才被认为是“管家”细胞。该发现还可能表明胶质细胞在疾病的形成中扮演重要角色。高曼说:“这一重要发现还向我们提供一个有助于研究大量在形成过程中胶质细胞扮演角色的疾病的全新模型。”相比其他物种,人脑中的星形胶质细胞更多、更大和更具多样性。
 
在人体内,星形胶质细胞个体以许多可同时连接大量神经细胞的纤维呈现出来。尤其在星形胶质细胞的突触中,两个相邻的神经细胞连在一起。所以相比老鼠而言,人体星形胶质细胞个体调整数千个突触活性的几率更大。正是这一观察结果才使科学家产生进行这项研究的想法。他们发现,人体星形胶质细胞可能在调整更高认知功能中扮演一个重要角色。
 
实验中科学家把胶质细胞植入老鼠体内,结果显示这些细胞影响潜在的神经活动模式。高曼说:“我们拥有先进的认知处理能力,不仅是因为我们神经网络的大小和复杂性,还因为取决于胶质细胞的功能性能力和协调能力的增加。”
 
这个科研小组决定通过观察人体胶质细胞和老鼠正常神经细胞共存时出现的结果,以便了解这些细胞是否为人脑提供独特能力。他们把胶质细胞植入新生老鼠脑中。老鼠成熟时,人体胶质细胞超过老鼠与生俱来的胶质细胞,同时没有对现有神经网络造成伤害。高曼表示:“人体胶质细胞基本上占据老鼠神经细胞的突触。实际上,这个通讯点上的所有胶质细胞和一大部分星形胶质细胞都来自被植入的人体细胞。与此同时,它们的发育和行为本质上和人脑中的一样。”
 
这个科研组然后开始检查这些细胞对动物大脑产生的功能影响,尤其是大脑形成新记忆和学些新任务的能力。他们发现,老鼠大脑功能的两个重要指示器在人体胶质细胞作用下得到明显改善。这些研究人员先是注意到,被植入人体细胞的老鼠的脑波传递速度比正常老鼠更快,同时更类似于人脑组织。接下来,他们发现一个测量神经细胞在大脑停留时间的过程受到短暂电刺激的影响。另外,科学家还发现被植入人体细胞的老鼠在成长过程中表现出更好的学习能力。
 
根据这些发现,科研组用一系列旨在测试记忆和学习能力的行为任务对这只老鼠进行评估。他们发现,这只被植入人体细胞的老鼠变成更快速的学习者,而完成各种任务的速度比未被植入人体胶质细胞的老鼠快很多。高曼说:“我们的研究结果表明,这些老鼠现有神经网络内的可塑性和学习能力明显提高,本质上改变它们的功能性能力。这意味着人体胶质细胞在智慧能力和认知处理中扮演着一个种特异角色。尽管一段时间以来科学家认为它可能是存在的,但我们的研究为它提供最早的证据。”这些研究人员指出,他们的发现为医学界提供一个了解和治疗神经障碍的新工具。研究论文发表于《细胞—干细胞》。http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2013/3/275569.shtm

Discovery Of 'Housekeeping' Mechanism For Brain Stem Cells

Main Category: Neurology / Neuroscience
Also Included In: Cancer / Oncology;  Stem Cell Research
Article Date: 24 Apr 2012 - 1:00 PST



Healthcare Prof:

Researchers at Columbia University Medical Center (CUMC) have identified a molecular pathway that controls the retention and release of the brain's stem cells. The discovery offers new insights into normal and abnormal neurologic development and could eventually lead to regenerative therapies for neurologic disease and injury. The findings, from a collaborative effort of the laboratories of Drs. Anna Lasorella and Antonio Iavarone, were published in the online edition of Nature Cell Biology. 

The research builds on recent studies, which showed that stem cells reside in specialized niches, or microenvironments, that support and maintain them. 

"From this research, we knew that when stem cells detach from their niche, they lose their identity as stem cells and begin to differentiate into specific cell types," said co-senior author Antonio Iavarone, MD, professor of Pathology and Neurology at CUMC. 

"However, the pathways that regulate the interaction of stem cells with their niche were obscure," said co-senior author Anna Lasorella, MD, associate professor of Pathology and Pediatrics at CUMC and a member of the Columbia Stem Cell Initiative. 

In the brain, the stem cell niche is located in an area adjacent to the ventricles, the fluid-filled spaces within the brain. Neural stem cells (NSCs) within the niche are carefully regulated, so that enough cells are released to populate specific brain areas, while a sufficient supply is kept in reserve. 

In previous studies, Drs. Iavarone and Lasorella focused on molecules called Id (inhibitor of differentiation) proteins, which regulate various stem cell properties. They undertook the present study to determine how Id proteins maintain stem cell identity. 

The team developed a genetically altered strain of mice in which Id proteins were silenced, or knocked down, in NSCs. In the absence of Id proteins, mice died within 24 hours of birth. Their brains showed markedly lowered NSC proliferative capacity, and their stem cell populations were reduced. 

Studies of NSCs from this strain of mice revealed that Id proteins directly regulate the production of a protein called Rap1GAP, which in turn controls Rap1, one of the master regulators of cell adhesion. The researchers found that the Id-Rap1GAP-Rap1 pathway is critical for the adhesion of NSCs to their niche and for NSC maintenance. "There may be other pathways involved, but we believe this is the key pathway," said Dr. Iavarone. "There is good reason to believe that it operates in other kinds of stem cells, and our labs are investigating this question now." 

"This is a new idea," added Dr. Lasorella. "Before this study, the prevailing wisdom was that NSCs are regulated by the niche components, conceivably through the release of chemical attractants such as cytokines. However, our findings suggest that stem cell identity relies on this mechanism." 

More research needs to be done before the findings can be applied therapeutically, Dr. Iavarone said. "Multiple studies show that NSCs respond to insults such as ischemic stroke or neurodegenerative diseases. If we can understand how to manipulate the pathways that determine stem cell fate, in the future we may be able to control NSC properties for therapeutic purposes." 

"Another aspect," added Dr. Lasorella, "is to determine whether Id proteins also maintain stem cell properties in cancer stem cells in the brain. In fact, normal stem cells and cancer stem cells share properties and functions. Since cancer stem cells are difficult to treat, identifying these pathways may lead to more effective therapies for malignant brain tumors." 

Stephen G. Emerson, MD, PhD, director of the Herbert Irving Comprehensive Cancer Center at NewYork-Presbyterian Hospital/Columbia University Medical Center, added that, "Understanding the pathway that allows stem cells to develop into mature cells could eventually lead to more effective, less toxic cancer treatments. This beautiful study opens up a wholly unanticipated way to think about treating brain tumors." 

http://www.medicalnewstoday.com/releases/244451.php

作者:Maiken Nedergaard 来源:《科学—信号》 发布时间:2012-4-26 10:09:55
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星形胶质细胞功能研究获进展
 
一直以来科学家们将过多的兴趣放在了大脑中的神经元细胞,而另一种被认为主要充当“胶水”将大脑连接在一起的细胞类型——星形胶质细胞却遭到忽视。近日来自美国罗切斯特大学医学中心的神经科学家们发现这种细胞在大脑中的功能远比原来认为的要强大的多。相关研究论文发表在《科学—信号》(Science Signaling)杂志上。
 
研究人员报告称他们发现星形胶质细胞对创造大脑工作的适合环境至关重要。星形胶质细胞在抑制或终止被视为是大脑活性的电信号中发挥了关键性的作用,因而决定了神经细胞何时处于兴奋状态。
 
这是一个极大的研究进步,科学家们长期以来都认为星形胶质细胞的功能主要是为神经元提供营养,使它们保持健康。
 
该研究的领导者、神经外科教授Maiken Nedergaard 博士说:“长期以来人们将星形胶质细胞视作管家细胞,倾向于为神经元提供营养,并负责清洁。事实证明它们能够以一种未被认识的方式来影响神经元的功能。”
 
适当的大脑功能依赖于亿万的电信号——就像真实的小分子爆炸——惊人地同步发生。回想爱人的容貌,摆动棒球棍,行走在大街上——所有这些行为都依赖于即时在我们神经中传递的电信号。
 
要做到这一点,大脑细胞内钠、钙和钾等分子化合物都必须恰到正好,而星形胶质细胞则能够帮助维持这种平衡环境。例如,当神经元发送神经脉冲或兴奋时,细胞外周的钾离子水平会显著增高,必须快速地使其恢复正常才能维持大脑的正常功能。科学家们很早以前就知道这是星形胶质细胞的工作——吸收过多的钾离子,终止神经脉冲,恢复细胞确保它们能即刻再度兴奋。
 
在这篇新文章中,Nedergaard研究小组发现了星形胶质细胞的一个扩展功能。他们发现除了简单地吸收过量的钾离子,星形胶质细胞自身也可引起神经元周围的钾离子水平下降,终止神经信号。
 
Nedergaard说:“远远不只是扮演了一个被动的角色,星形胶质细胞可以一种影响神经元活性的方式启动吸收钾离子。这是一种简单然而却功能强大的机制,使得星形胶质细胞能够快速调控神经元的活性。”
 
Nedergaard研究星形胶质细胞的秘密生活已有20多年。她曾经揭示了细胞如何利用钙离子传送信号。在20年前的一篇Science论文中,她提出了开创性的见解认为与星形胶质细胞相似的神经胶质细胞与神经元间存在沟通并能影响它们。自此之后,其他的科学家们做出了大量的推测认为胶质细胞源性递质(gliotransmitter)谷氨酸和三磷酸腺苷(ATP)在这一过程中发挥了关键作用。
 
与之相反的是,在最近的研究中Nedergaard小组发现另一种涉及钾离子的信号系统发挥了功能。通过吸收钾,星形胶质细胞可以抑制神经元兴奋,提高科学家们称之为的“突触保真度”(synaptic fidelity,生物通译)。一些重要的大脑信号越来越得到明确,即不应该兴奋的神经元中会存在少一些不必要的活性。这种错误的神经元活性与多种疾病,包括癫痫、精神分裂症和注意缺陷障碍等有关。
 
Nedergaard指出星形胶质细胞的大小和复杂性是我们的大脑与啮齿动物相区别的少数特征之一。我们的星形胶质细胞更大,更快,在结构和功能要更为复杂的多。Nedergaard发现星形胶质细胞与中风、老年痴呆、癫痫和脊髓损伤等疾病均存在密切的相关性。
 
“星形胶质细胞是最复杂的大脑过程所不可或缺的。”Nedergaard说。(来源:生物通 何嫱)
 

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