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人生小哲理幹細胞者說
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正文
冷，會改變脂肪細胞的表觀遺傳特性！
來源丨中國生物技術網
一項關於脂肪細胞的新研究，發現了通過控制生活方式和外部環境影響基因表達的分子機制。該機制包括了下一代藥物研究的潛在靶標，以治療包括糖尿病和肥胖在內的代謝疾病。這項研究近日已發表在《Nature Communications》上。
研究人員追蹤了長時間曝露於寒冷溫度中時表觀基因組發生的變化，以及這些變化如何使得存儲能量的白色脂肪細胞轉變為產生熱量的褐色脂肪細胞。
日本東京大學和東北大學的代謝表觀遺傳學家Juro Sakai教授說：“我們認為，這是首次收集到數據證明環境刺激與表觀遺傳變化之間存在兩個步驟。”
基因表達受到表觀遺傳的調節，表觀遺傳指的是在基因序列“之上”的化學信號模式。個體的基因序列在受孕時就確定了，但是外部環境因素和個人的生活方式會在一生中持續改變表觀遺傳序列，從而持續地改變著基因表達的方式。科學界長期以來一直推測細胞內部可能存在一種逐步的過程來控制外部環境對錶觀基因組的影響，但是之前並沒有研究發現確切的分子機制。
顫抖能通過加熱肌肉在短時間內使身體產生熱量，但是生熱作用是褐色脂肪細胞利用脂肪產生熱量來使身體長期保持溫暖的一個化學過程。褐色脂肪被認為是健康脂肪，它與白色脂肪不同，過多的白色脂肪被認為與多種代謝疾病相關。
當生物體長期處於寒冷環境中時，交感神經系統會通過釋放腎上腺素的方式進行反應。如果低溫持續，這些腎上腺素信號最終會到達白色脂肪細胞。
環境表觀遺傳控制過程的第一步是，細胞啟動名為JMJD1A蛋白質中的一個氨基酸發生特定的變化，改變後的JMJD1A蛋白質會募集其他的蛋白質。在第二步中，JMJD1A蛋白質複合體被啟動生熱作用的基因利用，並改變表觀遺傳模式使它們變得活躍。這些表觀遺傳變化會將白色脂肪細胞轉化成“米色脂肪細胞”。這種脂肪細胞能表現出像褐色脂肪細胞一樣完成生熱作用。 圖像來源： The University of Tokyo
米色脂肪細胞增多，白色脂肪細胞減少能夠減輕代謝疾病（比如糖尿病和肥胖）的症狀或負面健康影響。儘管將白色脂肪細胞轉變為米色脂肪細胞並增強生熱作用是應對長期寒冷環境的一種與腎上腺素相關的自然應激反應，但是研究人員稱，這種白-米色脂肪細胞轉化的過程可以不需要腎上腺素和寒冷的壓力。
Sakai說：“理解環境如何影響代謝對於科學、藥理學和醫學都非常重要。我們接下來的實驗將進一步研究生熱作用信號通路中的表觀遺傳變化，從而使得我們能控制這一過程。”
目前的代謝疾病藥物主要依賴於流經全身的激素和靶向整個蛋白質的藥物。Sakai的研究團隊認為，在未來，我們可以通過靶向單一氨基酸的方式來治療代謝疾病。
JMJD1A蛋白質還參與到很多其他的過程中，包括癌症、不孕不育、幹細胞再生以及胚胎性別決定等。然而，Sakai的研究團隊發現了蛋白質序列中的位點對於控制蛋白質的不同活性來說具有極高的特異性，控制這些特定的氨基酸或許能夠提供精確的藥物靶點。
這項研究使用了小鼠細胞。對人類來說，長期寒冷可以指經常在4℃以下的環境。除了生活在寒冷環境中以外，褐色脂肪生熱作用對於新生兒來說也是非常重要的，因為他們在子宮中的溫度是37℃，但是普通的室溫卻是23℃。
Histone demethylase JMJD1A coordinates acute and chronic adaptation to cold stress via thermogenic phospho-switch
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