研究解析幹細胞分化必需元素

來自同濟大學轉化醫學高等研究院、清華大學的研究人員發現胚胎幹細胞分化過程中需要一種在基因轉錄調控中扮演了重要角色的組蛋白修飾，這將有助於胚胎幹細胞分化的進一步研究。相關內容以letter的形式投遞給Cell Research雜誌。

領導這一研究的是同濟大學生命科學與技術學院院長孫方霖教授，他2006年回國併入選清華大學"百人計劃"，受聘於清華大學醫學院擔任教授、博導，之後入選長江學者特聘教授，並擔任科技部「973」項目首席科學家。

表觀遺傳調控，尤其是細胞核內染色體高級組織形式，是目前幹細胞研究領域的前沿和熱點問題。包括胚胎幹細胞和誘導幹細胞在內的多能幹細胞能利用遺傳學和表觀遺傳學的一種複雜網路，來維持自我更新和多向分化之間的精密平衡。

在表觀遺傳調控中，組蛋白修飾佔據很大一部分，其修飾方式包括乙醯化，磷酸化，糖基化，還有泛素化，組蛋白H2B賴氨酸120的單泛素化（Histone H2B lysine 120 monoubiquitination，H2BK120ub）就在很多物種的基因轉錄調控，以及高級有序染色質組織中扮演了一個關鍵角色。

之前的研究證明H2BK120、H2BK123是泛素化的相對保守位點，與人類細胞高表達活性基因密切相關。但是在胚胎幹細胞中所起的作用還並不清楚。在這篇文章中，研究人員利用ChIP等多種方法，發現組蛋白H2B賴氨酸120的單泛素化對於胚胎幹細胞分化來說是至關重要的。

這不僅再次證明了表觀遺傳調控對於幹細胞的影響作用，也進一步探索了表觀遺傳調節多能幹細胞「乾性（stemness）」的分子機制。

早在06年，Burnham醫學研究所的研究人員就發現人類胚胎幹細胞DNA的化學修飾具有一種特徵化的、可預測的模式。這種模式將人類胚胎幹細胞與正常的成體細胞和細胞系（包括癌細胞）區分開來。

胚胎幹細胞由發生強烈的細胞活動的胚胎衍生而來，這些獲得也包括DNA甲基化過程。基因組中特定DNA序列的甲基化和脫甲基化作用對細胞行為和分化產生深遠影響。

之後英國劍橋大學等處的科學家又發現小鼠多能幹細胞具有不均一的分化潛能，這一機制受表觀遺傳學機理控制。胚胎幹細胞中的stella表達卻各不相同，stella是多能細胞和生殖細胞的生物學標記。研究發現，stella陽性的胚胎幹細胞發育成內胚層的細胞團，stella陰性的胚胎幹細胞發育成外胚層細胞團。而這一情形情況（stella陽性或陰性）可以互換的，這也證實了胚胎幹細胞的可塑性的確很強，這些胚胎幹細胞都處於一個亞穩定狀態，因此具有強可塑性。當飼養細胞釋放出的信號發生改變的時候，已經建立穩定狀態的幹細胞也可發生改變，將導致外胚層細胞的生物標記發生改變。這一飼養細胞的改變來自古曲抑菌素A，它是一種histone deacetylase的抑製劑，可改變修復stella標記。

這些研究都逐步深入的驗證了多能幹細胞中表觀遺傳調控的重要性，而近期高通量基因組研究工具的發展，也極大的促進了多能幹細胞表觀遺傳調控這一研究領域，不斷有證據表明一些表觀遺傳途徑，比如DNA，組蛋白和核小體的修飾，存在廣泛的串擾。而且一些新型繪圖工具（繪製染色體結構和染色體-核基質相互作用的圖譜）也首次描繪出了基因組的三維結構，以及一種將已有表觀調控基因組數據整合在一起的框架，從而能發現更多關於基因調控的新機制。（來源：生物通 萬紋）