生物学家Sharon Torigoe和她的学生研究决定细胞命运的机制

所有复杂生物体在胚胎时期都部分由多能干细胞构成，多能干细胞是指能够分化成任何类型细胞的细胞：神经细胞、肌肉细胞、血细胞、皮肤细胞等。作为终极的生物“变形者”，这些细胞被证明是再生医学、药物开发、基因研究和相关领域的关键。

在多能干细胞中，某些基因被激活并表达最终决定细胞命运的信息。这一表达过程的第一步称为转录，这一过程非常复杂，部分原因是每个细胞含有数千个基因，而每次只有一部分基因被利用。

研究转录调控机制的生物学助理教授兼分子生物学家Sharon Torigoe认为，转录调控机制应该很复杂。

“要破坏这些过程中的任何一个都不是件容易的事，对吧?”鸟越教授说。“几千年来，它们一直在完善自己，拥有最具选择性优势的系统。”

Torigoe 正在研究这些复杂系统的一小部分。她的工作最近得到了美国国家科学基金会 (NSF) 的认可，并获得了为期三年的本科院校研究 (RUI) 资助。该资助来自 NSF 的分子和细胞生物科学 (MCB) 计划的遗传机制集群，该集群资助创新想法和研究，以解决有关遗传学、表观遗传学和基因表达机制的基本问题。Torigoe 的资助将支持她与刘易斯与克拉克学院本科生一起开展工作，以揭示决定多能细胞命运的机制。更好地理解这些机制是释放再生医学潜力的关键。

在三年的资助期内，美国国家科学基金会的资金将支持至少七名学生通过罗杰斯科学研究计划(刘易斯和克拉克学院的标志性暑期研究项目)参与全日制暑期研究体验。

逐个基因地进行

Torigoe 专注于研究增强子。增强子是基因组序列，可作为控制转录的蛋白质的结合位点。这些序列与基因组中转录发生的部分相距一定距离。但增强子很重要，因为它们增加了某个基因转录发生的可能性。

虽然一些科学家通过机器学习同时研究数千个基因来了解基因表达的规则，但 Torigoe 的方法是每次检查一两个单独的基因。

“增强子发挥其功能可能涉及许多规则，”Torigoe 说道。“增强子之间的多样性令人兴奋。多样性也让人望而生畏。”

Torigoe 和她的学生利用小鼠胚胎干细胞研究Klf4，这是一种对维持细胞多能性至关重要的增强子。增强子的语法或其特性被认为是其功能的关键。

研究增强子的科学家将其特征称为语法，因为根据 Torigoe 的说法，增强子的蛋白质结合位点可以比作单个单词。一系列结合位点就像一个由多个单词组成的句子，当这些单词串在一起时，就会产生意义。

Torigoe 正在寻找的一件事是哪些特性导致蛋白质对特定的增强子序列具有亲和力。

“例如，即使存在&luo;拼写错误&ruo;，蛋白质能否&luo;读出&ruo;正确的结合位点?”她问道。“还有句法，或者单词的顺序。如果主语和宾语颠倒了，或者动词的位置不同，那么句子的意思就会改变，从而改变增强子的功能。”

鸟越说，她的学生有时会发现研究增强子语法的复杂性令人沮丧，因为他们的问题通常没有简单的答案或解释。

“增强子语法的不同部分相互作用，这给研究带来了挑战，”她说，“当我们以为已经回答了一个问题时，我们意识到还有 10 个新问题。”

尽管如此，Torigoe 希望在解开控制增强子基因(如Klf4)功能的机制方面取得进展，然后将这些知识应用于其他基因。

“我必须追踪一个基因，”她说，“然后我可能还会追踪其他一些基因。然后我们可能会发现这条规则适用于其他 10 个基因。然后，可能还有另外 2,000 个基因发挥其他作用，这样我们就可以研究它们了。”

她补充道：“最终，增强子语法可能会变得复杂，因为生物学最终非常复杂。

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