揭示胚胎干细胞分化形成终末组织类型的详细机制是许多干细胞生物学家的研究目标。近日来自美国宾夕法尼亚大学医学院的研究人员在祖细胞研究中发现了一种基于组蛋白预测细胞命运的方法。这一研究成果在线发表在国际著名期刊《科学》(Science)上。
领导这一研究的是宾夕法尼亚大学细胞与发育生物学教授、再生医学研究所副主任Kenneth S. Zaret博士。近年来Kenneth将研究焦点集中在基因调控、染色质结构以及发育和干细胞生物学等领域，取得了一系列突破性研究成果，在Science及Cell子刊上发表多篇研究论文。现担任MCB杂志的编辑，并在多个研究院科技咨询委员会、生物技术与制药公司以及NIH任职。同时兼任美国国家医学研究院(NIGMS)科学顾问委员会主席，美国科学促进会（AAAS）会员。
了解发育胚胎将不同功能分派给不同细胞类型的机制是发育生物学及再生医学研究领域的一个关键问题。在过去的数年里，Zaret的实验室一直致力于揭示小鼠胚胎中决定特异性细胞类型分化的细胞信号网络。研究人员曾证实一种特异的细胞生长因子可结合到细胞表面的特异受体上，启动特异的化学信号决定细胞命运，推动细胞沿着肝细胞途径分化，并抑制其向胰腺细胞方向分化。
在新研究中，Zaret研究小组证实组蛋白乙酰转移酶P300和组蛋白甲基转移酶Ezh2在确定细胞向肝脏或胰腺命运转化中发挥了重要的调控作用。当研究人员在小鼠中对应抑制这两种酶的功能时成功地诱导胚胎细胞生成了较少的肝细胞和较多的胰腺细胞。
“我们惊讶地发现在细胞命运被确定前，朝着肝脏或胰脏分化的胚胎细胞在组蛋白这一表观遗传学标志上就存在着差异。这表明我们或可通过操作这些组蛋白而影响细胞的命运，亦或可通过检测这些组蛋白在分化的早期更好地预测这些细胞的命运，”Zaret说。
“细胞被确定其特殊命运的机制一直以来是发育生物学中的重要研究热点，”美国国立卫生研究院遗传学和发育生物学部主任Susan Haynes博士说：“这项研究促使科学家们更深入地了解了这一过程的早期阶段，并为在再生医学治疗中控制干细胞命运提供了新的方法。”
“通过更深入地了解细胞正常编程的机制，我们将最终能够实现对其他细胞的准确重编程，”Zaret强调。
研究人员希望能够基于这一发现开发出新技术推动胚胎干细胞生成治疗及研究所需肝脏或胰腺β细胞，从而解决目前存在的胰腺及肝脏组织短缺的问题，为I型糖尿病及急性肝衰竭患者提供所需移植器官。目前他们正尝试模拟胚胎发育步骤推动胚胎干细胞向成熟细胞分化。此外，他们还希望能够将这些研究发现应用于评定中期祖细胞表观遗传学状态中去。在接下来的研究中，研究人员还计划利用生成的肝脏细胞和胰腺细胞研究及筛选出能修复缺陷或促进细胞生长的药物。（来源：生物通 何嫱）
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