研究发现，仅靠气力就能刺激基因表达

研究人员从左到右包罗机械科学与工程教授王宁；孙健博士后 博士生Erfan Mohagheghian发现，细胞上的机械力可以促进细胞核中的基因表达。图片泉源：L。Brian Stauffer

一项新的研究发现，细胞将单独响应物理作用而提高基因表达。研究人员陈诉说，基因激活是卵白质生产的第一步，在细胞拉伸后不到一毫秒的时间内就开始了，这比化学信号流传的速度快数百倍。

科学家测试了与生物学相关的气力-相当于通过呼吸，运动或发声对人体细胞施加的气力。他们在《科学希望》杂志上陈诉了他们的发现。

主持这项研究的伊利诺伊大学机械科学与工程教授王宁说：“我们发现，力可以激活基因，而无需中间体，细胞质中没有酶或信号分子。” “我们还发现了为什么有些基因可以被强制激活而有些不能。”

先前的研究讲明，某些基因容易受到细胞的物理利用，但Wang和他的同事最先讲明，仅拉伸细胞即可影响此类基因的表达方式。该团队首先用他们插入细胞的基因证明晰这种现象。当前的研究发现，天然存在的基因也可以通过拉伸来激活。

在这项新事情中，研究人员视察到，称为组卵白的特殊的与DNA相关的卵白质在响应于拉伸细胞力的基因表达是否增加中起着焦点作用。组卵白调治DNA，将其缠绕起来包装在细胞核中。

一类称为组卵白H3的组卵白在被称为赖氨酸9的氨基酸甲基化时似乎阻止了力响应基因的表达。甲基化涉及在分子中添加被称为甲基的分子标签。

科学家视察到H3K9甲基化在细胞核的外围最高，而在内部则基本不存在，这使得内部的基因对拉伸的反映越发敏捷。

Wang说：“ 纵然伸展核周边的基因也不会被激活，而靠近核中心的基因则可以通过伸展被激活。” “这是因为外围的H3K9组卵白高度甲基化。”

研究人员发现他们可以通过增加或淘汰H3K9 组卵白甲基化来抑制或增强力响应基因的表达。科学家们还测试了施加力的频率是否影响基因表达。他们发现细胞对频率高达10-20赫兹的力反映最敏捷。

研究人员写道：“人体中的活细胞会履历种种频率的气力（例如呼吸，心跳，行走，奔跑，跳跃和唱歌），规模从0.2赫兹到数百赫兹。” 研究小组发现，在最高频率下，细胞变得越发僵硬，引导基因转录的酶无法与DNA联合。

王说，从进化的角度来看，细胞对气力的即时反映是有意义的。

他说：“细胞必须能够对周围情况中的事物做出快速反映，这样它们才气生存。”