Nat Cell Biol：揭秘胚胎进行细胞重编程的分子机制

2020年7月13日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Nature Cell Biology上的研究报告中，来自德国亥姆霍兹国家研究中心联合会等机构的科学家们通过研究揭示了胚胎进行细胞重编程的分子机制；细胞重编程能为临床中用于再生医学研究的干细胞的人工再生提供最佳的机会，由于目前细胞重编程的效率较低，全球的研究人员都希望能够开发出高效、高质量且完全能够重编程的干细胞。

图片来源：Helmholtz Zentrum München

研究者Torres Padilla表示，试想一下，如果我们能够人工制造出能分化为任何细胞类型的细胞，那真是太棒了！我们将这种能力称之为“全能性”，这也是细胞可塑性的最高水平，当我们考虑使用健康的细胞来代替疾病细胞，比如在再生和替代疗法中使用，我们或许就需要考虑如何产生这些新的健康细胞，为此，我们就需要经常重新编程其它细胞，这意味着未来我们就能够将一种细胞转化为我们感兴趣的任何一种细胞类型。

自然状态下，细胞的重编程会发生在受精的早期胚胎中，这是一种纯粹的表观遗传学过程，因为胚胎细胞中的DNA含量并不会发生改变，仅会发生基因表达的变化，表观遗传学会介导基因表达的改变，即基因从遗传组成中的阅读方式，而遗传组成主要是由染色质所施加的，染色质是一种特殊结构，细胞的DNA会被挤压在里面，以便其能够进入细胞核中，而异染色质则指的是被紧密包装但无法接近的那部分DNA。

异染色质被认为是人工细胞重编程的主要障碍，然而在胚胎中，细胞重编程的过程非常有效，有些个体甚至能够达到100%的重编程效率，因此，研究人员就想解释胚胎如何控制异染色质以便重编程能够正常进行，而采用基于研究者对胚胎如何进行重编程的策略或许是很有希望的，这些策略也能帮助研究人员提高用于再生医学的细胞重编程的效率，这也是未来研究人员的重点研究内容。

异染色质在早期胚胎中会被严格控制，在小鼠模型中，研究者发现，异染色质的典型标志物—H3K9me3的组蛋白修饰实际上在早期胚胎中就存在，通常情况下，H3K9me3与基因沉默密切相关，这就意味着，基因无法从遗传组成中被阅读。然而研究者观察到，在早期胚胎中，H3K9me3往往与基因表达会兼容，一种能将H3K9me3标志添加到组蛋白上的酶类或会被非编码RNA所抑制，这意味着，早期胚胎中或许存在一种活性过程能够抵消异染色质完整功能的建立。总的来讲，研究者认为，早期哺乳动物胚胎中的异染色质是不成熟的，因为其不能发挥其典型的功能，这或许是由于缺乏其它关键的异染色质因子，目前研究人员正在对此进行研究。

从本质上来讲，研究者想开发出一种能调节异染色质的方式，本文研究结果也能为他们提供用于操控的多种因素，从而使得人工细胞重编程变得更加有效，而且实现更高的细胞转化率；关键的是，研究者还可以从受精时胚胎中所发生的自然重编程过程中学习表观遗传重塑机制，同时还能将这一知识用于当前效率较低的人工重编程策略中；事实上，深入研究胚胎或能帮助研究人员高效及时实现高质量且完全的干细胞重编程，这对于后期在临床中全面实施再生医学方法至关重要。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Burton, A., Brochard, V., Galan, C. et al. Heterochromatin establishment during early mammalian development is regulated by pericentromeric RNA and characterized by non-repressive H3K9me3. Nat Cell Biol 22, 767–778 (2020). doi：10.1038/s41556-020-0536-6