通過(guò)研究胚胎干細(xì)胞調(diào)節(jié)DNA包裝的機(jī)制發(fā)現(xiàn)了一個(gè)心臟形成的新調(diào)控因子。科學(xué)家們說(shuō)發(fā)現(xiàn)這種發(fā)現(xiàn)遺傳調(diào)控因子的方法或許有能力提供關(guān)于身體內(nèi)所有組織如肝、腦、血液等等形成的深入了解。
干細(xì)胞有潛力成為所有的細(xì)胞類型。一旦做出選擇，這種細(xì)胞和其他的干細(xì)胞堅(jiān)持一樣的命運(yùn)劃分形成器官組織。
一個(gè)由華盛頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對(duì)于干細(xì)胞如何轉(zhuǎn)變?yōu)樾募∫赃M(jìn)一步研究通過(guò)組織再生修復(fù)受損心臟特別地感興趣。這一項(xiàng)目的主要參與者包括心臟病理學(xué)家和干細(xì)胞生物學(xué)家Charles Murry博士，從事胚胎發(fā)育控制研究的Randall Moon博士，以及負(fù)責(zé)探究人類基因組的操作系統(tǒng)的John Stamatoyannopoulos博士。論文的*作者是華盛頓大學(xué)博士生Sharon Paige。研究結(jié)果發(fā)表在9月28日的Cell雜志上。
Paige是一個(gè)心有抱負(fù)的兒科心臟病專家，他說(shuō)：“通過(guò)確定心臟發(fā)育的調(diào)控因子，這項(xiàng)工作有可能促成對(duì)于先天性心臟病病因得的更好了解，從未為治療進(jìn)展鋪平了道路。”
以往華盛頓大學(xué)的研究人員研究了促使細(xì)胞生成各種心臟組織的信號(hào)。在本研究中，他們進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)未經(jīng)探索的領(lǐng)域。他們決定探究干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樾呐K組織背后的遺傳調(diào)控。
由于干細(xì)胞會(huì)將它們的DNA密碼維持在保密狀態(tài)直至需要之時(shí)，科學(xué)家們研究了這種包裝隨時(shí)間改變?cè)试S讀取部分密碼，由此引起細(xì)胞內(nèi)改變的機(jī)制。
DNA被包裝在一種稱為染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)中。Murry解釋說(shuō)：“DNA可以被包裝成緊密關(guān)閉、中間狀態(tài)或激活狀態(tài)。緊密關(guān)閉狀態(tài)類似于汽車上的剎車。”
就像一個(gè)閉口不言的孩子當(dāng)他問(wèn)道：“你長(zhǎng)大時(shí)會(huì)是什么樣?”干細(xì)胞保護(hù)著那些將決定它們未來(lái)細(xì)胞類型的基因，或科學(xué)家們稱之為的它們的細(xì)胞命運(yùn)。
Murry說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞非常謹(jǐn)慎地避免在錯(cuò)誤的時(shí)間開(kāi)啟細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控基因。這些基因帶著剎車直到需要它們之時(shí)。正確的時(shí)間剎車被除去。”
他解釋說(shuō)相比那些調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)的基因，調(diào)控細(xì)胞功能的基因情況有所不同。例如調(diào)控使細(xì)胞收縮或生成電信號(hào)的蛋白質(zhì)生成的基因就沒(méi)有這樣復(fù)雜的剎車系統(tǒng)。這些基因可以被更輕易地激活。
研究人員指出人們已經(jīng)知道干細(xì)胞遵循修飾DNA包裝將它們與祖細(xì)胞及其具有功能特性的細(xì)胞例如血液細(xì)胞或肌肉細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)的模式。然而對(duì)于DNA包裝修飾的動(dòng)態(tài)——包裝如何隨時(shí)間變成發(fā)生改變——以及這些動(dòng)態(tài)影響了哪些“暴露”的基因并激活生成了心肌細(xì)胞還知之甚少。
這一研究小組了解到隨著人類胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樾呐K細(xì)胞， DNA包裝中特征性的動(dòng)態(tài)改變伴隨著分化。這種信號(hào)燈模式使得科學(xué)家們將心臟發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子與其他基因區(qū)分開(kāi)來(lái)。研究人員將DNA包裝中這種嚴(yán)格的定時(shí)模式稱之為“時(shí)間染色質(zhì)標(biāo)記”。
就像一個(gè)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(shí)間染色質(zhì)標(biāo)記為科學(xué)家們提供了他們尋找有可能負(fù)責(zé)心臟形成的新基因所需的線索。
Murry和研究小組的其他成員認(rèn)為DNA解包裝模式可以廣泛地適用于發(fā)現(xiàn)調(diào)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(zhǎng)而發(fā)生在細(xì)胞中的主要發(fā)育決定。這些發(fā)現(xiàn)可能提供有用的信息促進(jìn)干細(xì)胞形成特異組織用于生命后期器官修復(fù)。
認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)在模擬人類器官形成早期階段活細(xì)胞中發(fā)生事件方面的局限性，Murry說(shuō)：“利用這一時(shí)間染色質(zhì)標(biāo)記來(lái)發(fā)現(xiàn)調(diào)控基因能夠帶給我們關(guān)于人類發(fā)育的新認(rèn)識(shí)以及調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)的新工具。”
“我們發(fā)現(xiàn)了一群，”Murry說(shuō)。他們的系統(tǒng)揭示的*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?yàn)樗鼜那拔从腥魏螀⑴c心臟形成的記錄。然而，當(dāng)研究人員從新一代的斑馬魚中移除這一基因時(shí)，發(fā)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。
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