Cell揭示干細胞命運的新調控因子

　　通過研究胚胎干細胞調節DNA包裝的機制發現了一個心臟形成的新調控因子。科學家們說發現這種發現遺傳調控因子的方法或許有能力提供關于身體內所有組織如肝、腦、血液等等形成的深入了解。

　　干細胞有潛力成為所有的細胞類型。一旦做出選擇，這種細胞和其他的干細胞堅持一樣的命運劃分形成器官組織。

　　一個由華盛頓大學領導的研究小組對于干細胞如何轉變為心肌以進一步研究通過組織再生修復受損心臟特別地感興趣。這一項目的主要參與者包括心臟病理學家和干細胞生物學家Charles Murry博士，從事胚胎發育控制研究的Randall Moon博士，以及負責探究人類基因組的操作系統的John Stamatoyannopoulos博士。論文的第一作者是華盛頓大學博士生Sharon Paige。研究結果發表在9月28日的Cell雜志上。

　　Paige是一個心有抱負的兒科心臟病專家，他說：“通過確定心臟發育的調控因子，這項工作有可能促成對于先天性心臟病病因得的更好了解，從未為治療進展鋪平了道路。”

　　以往華盛頓大學的研究人員研究了促使細胞生成各種心臟組織的信號。在本研究中，他們進入了一個相對未經探索的領域。他們決定探究干細胞轉變為心臟組織背后的遺傳調控。

　　由于干細胞會將它們的DNA密碼維持在保密狀態直至需要之時，科學家們研究了這種包裝隨時間改變允許讀取部分密碼，由此引起細胞內改變的機制。

　　DNA被包裝在一種稱為染色質的結構中。Murry解釋說：“DNA可以被包裝成緊密關閉、中間狀態或激活狀態。緊密關閉狀態類似于汽車上的剎車。”

　　就像一個閉口不言的孩子當他問道：“你長大時會是什么樣?”干細胞保護著那些將決定它們未來細胞類型的基因，或科學家們稱之為的它們的細胞命運。

　　Murry說：“我們發現干細胞非常謹慎地避免在錯誤的時間開啟細胞命運的調控基因。這些基因帶著剎車直到需要它們之時。正確的時間剎車被除去。”

　　他解釋說相比那些調控細胞命運的基因，調控細胞功能的基因情況有所不同。例如調控使細胞收縮或生成電信號的蛋白質生成的基因就沒有這樣復雜的剎車系統。這些基因可以被更輕易地激活。

　　研究人員指出人們已經知道干細胞遵循修飾DNA包裝將它們與祖細胞及其具有功能特性的細胞例如血液細胞或肌肉細胞區分開來的模式。然而對于DNA包裝修飾的動態――包裝如何隨時間變成發生改變――以及這些動態影響了哪些“暴露”的基因并激活生成了心肌細胞還知之甚少。

　　這一研究小組了解到隨著人類胚胎干細胞轉變為心臟細胞， DNA包裝中特征性的動態改變伴隨著分化。這種信號燈模式使得科學家們將心臟發育的關鍵調控因子與其他基因區分開來。研究人員將DNA包裝中這種嚴格的定時模式稱之為“時間染色質標記”。

　　就像一個銀行搶劫犯在給銀行出納員的一張手寫字條中留下了罪證，這種時間染色質標記為科學家們提供了他們尋找有可能負責心臟形成的新基因所需的線索。

　　“我們發現了一群，”Murry說。他們的系統揭示的頭號候選基因就是同源盒基因(homeobox gene)MEIS2。這一基因似乎是一種不可能的選擇因為它從前未有任何參與心臟形成的記錄。然而，當研究人員從新一代的斑馬魚中移除這一基因時，發育中的斑馬魚胚胎具有心臟管形成缺陷和其他的心臟異常。

　　Murry和研究小組的其他成員認為DNA解包裝模式可以廣泛地適用于發現調控不僅心臟還有其他組織和器官形成方面的基因。這樣的一種研究方法可能有助揭示隨胚胎形成以及生長而發生在細胞中的主要發育決定。這些發現可能提供有用的信息促進干細胞形成特異組織用于生命后期器官修復。

　　認識到實驗室系統在模擬人類器官形成早期階段活細胞中發生事件方面的局限性，Murry說：“利用這一時間染色質標記來發現調控基因能夠帶給我們關于人類發育的新認識以及調控細胞命運的新工具。”