この研究は、マウス幹細胞に広帯域テラヘルツ電磁界への長時間ばく露を与え、DNA依存性遺伝子転写に密接に関連する細胞機能の特定の変化を調べた。結果として、実験に用いた遺伝子発現の遺伝子チップでは、マウス幹細胞のタンパク質コーディング遺伝子の89 %は照射されたテラヘルツ波に応答しなかったが、ある特定の遺伝子は活性化され、他の特定の遺伝子は抑制された；遺伝子の3つのグループの転写産物に対応するように選択された遺伝子プローブを用いたRT-PCR実験により、遺伝子特異的な応答の詳細が明らかにできた；その応答は、遺伝子特異的であるだけでなく、照射条件にも依存していた；照射されたテラヘルツ波は、転写因子であるペルオキシソーム増殖因子活性化受容体ガンマ（PPARγ）を活性化することにより、脂肪表現型への細胞分化を加速することが示唆された；最後に、分子動力学コンピューターシミュレーションにより、PPARγプロモータDNAの局所呼吸動態がテラヘルツ波への遺伝子特異的応答と一致するが示された、と報告している。
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To study the effects of extended exposure to a broad-spectrum Terahertz irradiation on cellular functions that are closely related to gene transcription in mouse stem cells.
Additionally, molecular dynamics computer simulations were performed.
broad-spectrum THz radiation centered at ~10 THz
| 周波数 | 10 THz |
|---|---|
| タイプ |
|
| ばく露時間 | continuous for 2, 4, 6 and 9 h |
| Modulation type | pulsed |
|---|---|
| Repetition frequency | 1 kHz |
| Additional information |
pulse duration: 35 fs |
| ばく露の発生源／構造 |
|
|---|---|
| ばく露装置の詳細 | field directed at the bottom of the parafilm-sealed culture dish; irradiated and control dishes in thermal contact |
| Sham exposure | A sham exposure was conducted. |
Lipid droplet-like inclusions appeared in the cellular cytoplasm after 6 hours of exposure. Extended exposure (9 h) resulted in specific changes in cellular functions that are closely related to gene transcription. The biochip data showed that whereas 89% of the genes in mouse stem cells did not respond to the applied terahertz exposure, certain genes are activated (approx. 6% of the genes, upregulation more than two times), while other are repressed (approx. 5% of the genes, downregulation more than two times). RT-PCR experiments with selected gene probes corresponding to transcripts in the three groups of genes (i.e. of upregulated, downregulated genes and unchanged regulation) confirmed the gene specific effect. The response was not only gene specific but also exposure conditions (i.e. exposure duration) dependent.
The findings suggest that the applied terahertz irradiation accelerates cell differentiation toward adipose phenotype by activating the transcription factor peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARG). Finally, the molecular dynamics computer simulations indicate that the local breathing dynamics of the PPARG promoter DNA coincides with the gene specific response to the terahertz irradiation.
The authors propose that terahertz exposure is a potential tool for cellular reprogramming.
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