揭秘胚胎進行細胞重編程的分子機制

一項刊登在國際雜志Nature Cell Biology上的研究報告中，來自德國亥姆霍茲國家研究中心聯合會等機構的科學家們通過研究揭示了胚胎進行細胞重編程的分子機制；細胞重編程能為臨床中用于再生醫學研究的干細胞的人工再生提供**的機會，由于目前細胞重編程的效率較低，全球的研究人員都希望能夠開發出高效、高質量且完全能夠重編程的干細胞。

研究者Torres Padilla表示，試想一下，如果我們能夠人工制造出能分化為任何細胞類型的細胞，那真是太棒了！我們將這種能力稱之為“全能性”，這也是細胞可塑性的最高水平，當我們考慮使用健康的細胞來代替疾病細胞，比如在再生和替代療法中使用，我們或許就需要考慮如何產生這些新的健康細胞，為此，我們就需要經常重新編程其它細胞，這意味著未來我們就能夠將一種細胞轉化為我們感興趣的任何一種細胞類型。

自然狀態下，細胞的重編程會發生在受精的早期胚胎中，這是一種純粹的表觀遺傳學過程，因為胚胎細胞中的DNA含量并不會發生改變，僅會發生基因表達的變化，表觀遺傳學會介導基因表達的改變，即基因從遺傳組成中的閱讀方式，而遺傳組成主要是由染色質所施加的，染色質是一種特殊結構，細胞的DNA會被擠壓在里面，以便其能夠進入細胞核中，而異染色質則指的是被緊密包裝但無法接近的那部分DNA。

異染色質被認為是人工細胞重編程的主要障礙，然而在胚胎中，細胞重編程的過程非常有效，有些個體甚至能夠達到100%的重編程效率，因此，研究人員就想解釋胚胎如何控制異染色質以便重編程能夠正常進行，而采用基于研究者對胚胎如何進行重編程的策略或許是很有希望的，這些策略也能幫助研究人員提高用于再生醫學的細胞重編程的效率，這也是未來研究人員的重點研究內容。

異染色質在早期胚胎中會被嚴格控制，在小鼠模型中，研究者發現，異染色質的典型標志物—H3K9me3的組蛋白修飾實際上在早期胚胎中就存在，通常情況下，H3K9me3與基因沉默密切相關，這就意味著，基因無法從遺傳組成中被閱讀。然而研究者觀察到，在早期胚胎中，H3K9me3往往與基因表達會兼容，一種能將H3K9me3標志添加到組蛋白上的酶類或會被非編碼RNA所抑制，這意味著，早期胚胎中或許存在一種活性過程能夠抵消異染色質完整功能的建立。總的來講，研究者認為，早期哺乳動物胚胎中的異染色質是不成熟的，因為其不能發揮其典型的功能，這或許是由于缺乏其它關鍵的異染色質因子，目前研究人員正在對此進行研究。

從本質上來講，研究者想開發出一種能調節異染色質的方式，本文研究結果也能為他們提供用于操控的多種因素，從而使得人工細胞重編程變得更加有效，而且實現更高的細胞轉化率；關鍵的是，研究者還可以從受精時胚胎中所發生的自然重編程過程中學習表觀遺傳重塑機制，同時還能將這一知識用于當前效率較低的人工重編程策略中；事實上，深入研究胚胎或能幫助研究人員高效及時實現高質量且完全的干細胞重編程，這對于后期在臨床中全面實施再生醫學方法至關重要。