Science:繪制干細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換表觀遺傳動(dòng)態(tài)圖
日期：2014-08-13 09:05:28
在我們的體內(nèi)每天都有萬(wàn)億的血細(xì)胞形成：從攜氧紅細(xì)胞到多種類型對(duì)抗病原體和感染的白細(xì)胞。所有這些高度特化的細(xì)胞都源自于造血干細(xì)胞——這種獨(dú)特的細(xì)胞具有發(fā)育成為所有血細(xì)胞類型的潛力。然而，這些干細(xì)胞的命運(yùn)究竟是如何受到調(diào)控的？
借助于開發(fā)的一種表觀遺傳分析新技術(shù)，Weizmann研究所和希伯來(lái)大學(xué)的科學(xué)家們?nèi)〉玫囊恍┏醪窖芯拷Y(jié)果，重塑了對(duì)于干細(xì)胞命運(yùn)決定控制方式的傳統(tǒng)認(rèn)知。了解細(xì)胞命運(yùn)的表觀遺傳機(jī)制可促成解密免疫疾病、貧血、白血病等等許多疾病的分子機(jī)制。它還提供了強(qiáng)有力的支持，證實(shí)一些環(huán)境因素和生活方式在塑造我們的命運(yùn)中發(fā)揮突出的作用。
干細(xì)胞變?yōu)樘鼗墒煅?xì)胞，這一分化過程受到一系列級(jí)聯(lián)事件的調(diào)控：一些特異的基因按照高度受控及精確的順序被開啟和關(guān)閉。這一過程的某些指令包含在一些短調(diào)控序列的DNA中。這些調(diào)控區(qū)域通常被稱作為組蛋白的特殊蛋白所掩蓋，處于一種“關(guān)閉”狀態(tài)，來(lái)防止不必要的激活。為了接近并“激活”這些指令，需要通過對(duì)組蛋白進(jìn)行表觀遺傳修飾來(lái)“揭開”這一DNA掩蓋物，由此必要的機(jī)器才能讀取這一密碼。
在發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志上的一篇新論文中，Weizmann研究所免疫學(xué)部的Ido Amit和David Lara-Astiaso博士，以及耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的Nir Friedman和Assaf Weiner教授，第一次繪制了血細(xì)胞發(fā)育過程中的組蛋白動(dòng)態(tài)圖。
Amit說(shuō)：“由于受到技術(shù)的限制，無(wú)法很好地檢測(cè)發(fā)育過程中的開啟或關(guān)閉狀態(tài)，對(duì)于調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)的事件仍然不是很清楚。”當(dāng)前的技術(shù)要求采樣數(shù)百萬(wàn)細(xì)胞，才能精確地檢測(cè)和分析細(xì)胞的表觀遺傳狀態(tài)；而造血干細(xì)胞遠(yuǎn)達(dá)不到這一數(shù)量。此外，發(fā)育的每個(gè)階段都是轉(zhuǎn)瞬即逝的事件，并且極難觀察這些調(diào)控區(qū)域。
現(xiàn)在利用科學(xué)家們開發(fā)的新表觀遺傳分析技術(shù)，只需抽樣并精確分析少量（少至500）個(gè)細(xì)胞。“利用這一強(qiáng)大的方法，我們鑒別了確切的DNA調(diào)控序列，以及參與控制干細(xì)胞命運(yùn)的各種調(diào)控蛋白——闡明了生命基本程序從前不為人所知的部分，”Friedman說(shuō)。
他們的研究還得到了一些出乎意料的結(jié)果：多達(dá)50%的這些調(diào)控序列是在細(xì)胞發(fā)育中期被建立及開放。這意味著，在人們?cè)J(rèn)為細(xì)胞命運(yùn)已被設(shè)置的一些階段表觀遺傳仍活躍。Lara-Astiaso說(shuō)：“這改變了我們對(duì)于造血干細(xì)胞命運(yùn)決定過程的整體理解。表明這一過程比以前認(rèn)為的更加動(dòng)態(tài)和靈活，給予了細(xì)胞略多一些的余地在后期根據(jù)環(huán)境改變決定轉(zhuǎn)變成什么細(xì)胞類型。”
盡管該研究是在小鼠造血干細(xì)胞上完成，科學(xué)家們認(rèn)為這一機(jī)制可能也適用于其他的細(xì)胞類型。“這一研究給干細(xì)胞領(lǐng)域帶來(lái)了極大的興奮鼓舞，它為研究人類中的這些調(diào)控元件奠定了基礎(chǔ)，”Weiner說(shuō)。
發(fā)現(xiàn)控制干細(xì)胞命運(yùn)的確切DNA調(diào)控序列以及了解它的機(jī)制，為未來(lái)開發(fā)診斷性工具、個(gè)體化藥物、潛在的治療和營(yíng)養(yǎng)干預(yù)，以及甚至是再生醫(yī)學(xué)，重編程定型細(xì)胞，恢復(fù)這些細(xì)胞全部的干細(xì)胞潛能帶來(lái)了希望。
