揭秘胚胎進(jìn)行細(xì)胞重編程的分子機(jī)制

一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature Cell Biology上的研究報(bào)告中，來(lái)自德國(guó)亥姆霍茲國(guó)家研究中心聯(lián)合會(huì)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究揭示了胚胎進(jìn)行細(xì)胞重編程的分子機(jī)制；細(xì)胞重編程能為臨床中用于再生醫(yī)學(xué)研究的干細(xì)胞的人工再生提供**的機(jī)會(huì)，由于目前細(xì)胞重編程的效率較低，全球的研究人員都希望能夠開(kāi)發(fā)出高效、高質(zhì)量且完全能夠重編程的干細(xì)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(xì)胞類(lèi)型的細(xì)胞，那真是太棒了！我們將這種能力稱之為“全能性”，這也是細(xì)胞可塑性的最高水平，當(dāng)我們考慮使用健康的細(xì)胞來(lái)代替疾病細(xì)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(chǎn)生這些新的健康細(xì)胞，為此，我們就需要經(jīng)常重新編程其它細(xì)胞，這意味著未來(lái)我們就能夠?qū)⒁环N細(xì)胞轉(zhuǎn)化為我們感興趣的任何一種細(xì)胞類(lèi)型。

自然狀態(tài)下，細(xì)胞的重編程會(huì)發(fā)生在受精的早期胚胎中，這是一種純粹的表觀遺傳學(xué)過(guò)程，因?yàn)榕咛ゼ?xì)胞中的DNA含量并不會(huì)發(fā)生改變，僅會(huì)發(fā)生基因表達(dá)的變化，表觀遺傳學(xué)會(huì)介導(dǎo)基因表達(dá)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(zhì)所施加的，染色質(zhì)是一種特殊結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的DNA會(huì)被擠壓在里面，以便其能夠進(jìn)入細(xì)胞核中，而異染色質(zhì)則指的是被緊密包裝但無(wú)法接近的那部分DNA。

異染色質(zhì)被認(rèn)為是人工細(xì)胞重編程的主要障礙，然而在胚胎中，細(xì)胞重編程的過(guò)程非常有效，有些個(gè)體甚至能夠達(dá)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(zhì)以便重編程能夠正常進(jìn)行，而采用基于研究者對(duì)胚胎如何進(jìn)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(yī)學(xué)的細(xì)胞重編程的效率，這也是未來(lái)研究人員的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

異染色質(zhì)在早期胚胎中會(huì)被嚴(yán)格控制，在小鼠模型中，研究者發(fā)現(xiàn)，異染色質(zhì)的典型標(biāo)志物—H3K9me3的組蛋白修飾實(shí)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(guān)，這就意味著，基因無(wú)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(dá)會(huì)兼容，一種能將H3K9me3標(biāo)志添加到組蛋白上的酶類(lèi)或會(huì)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(guò)程能夠抵消異染色質(zhì)完整功能的建立。總的來(lái)講，研究者認(rèn)為，早期哺乳動(dòng)物胚胎中的異染色質(zhì)是不成熟的，因?yàn)槠洳荒馨l(fā)揮其典型的功能，這或許是由于缺乏其它關(guān)鍵的異染色質(zhì)因子，目前研究人員正在對(duì)此進(jìn)行研究。

從本質(zhì)上來(lái)講，研究者想開(kāi)發(fā)出一種能調(diào)節(jié)異染色質(zhì)的方式，本文研究結(jié)果也能為他們提供用于操控的多種因素，從而使得人工細(xì)胞重編程變得更加有效，而且實(shí)現(xiàn)更高的細(xì)胞轉(zhuǎn)化率；關(guān)鍵的是，研究者還可以從受精時(shí)胚胎中所發(fā)生的自然重編程過(guò)程中學(xué)習(xí)表觀遺傳重塑機(jī)制，同時(shí)還能將這一知識(shí)用于當(dāng)前效率較低的人工重編程策略中；事實(shí)上，深入研究胚胎或能幫助研究人員高效及時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量且完全的干細(xì)胞重編程，這對(duì)于后期在臨床中全面實(shí)施再生醫(yī)學(xué)方法至關(guān)重要。