揭示胚胎干細(xì)胞分化形成終末組織類型的詳細(xì)機制是許多干細(xì)胞生物學(xué)家的研究目標(biāo)。近日來自美國賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在祖細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)了一種基于組蛋白預(yù)測細(xì)胞命運的方法。這一研究成果在線發(fā)表在國際著名期刊《科學(xué)》(Science)上。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是賓夕法尼亞大學(xué)細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授、再生醫(yī)學(xué)研究所副主任Kenneth S. Zaret博士。近年來Kenneth將研究焦點集中在基因調(diào)控、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)以及發(fā)育和干細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域，取得了一系列突破性研究成果，在Science及Cell子刊上發(fā)表多篇研究論文。現(xiàn)擔(dān)任MCB雜志的編輯，并在多個研究院科技咨詢委員會、生物技術(shù)與制藥公司以及NIH任職。同時兼任美國國家醫(yī)學(xué)研究院(NIGMS)科學(xué)顧問委員會主席，美國科學(xué)促進會（AAAS）會員。

了解發(fā)育胚胎將不同功能分派給不同細(xì)胞類型的機制是發(fā)育生物學(xué)及再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的一個關(guān)鍵問題。在過去的數(shù)年里，Zaret的實驗室一直致力于揭示小鼠胚胎中決定特異性細(xì)胞類型分化的細(xì)胞信號網(wǎng)絡(luò)。研究人員曾證實一種特異的細(xì)胞生長因子可結(jié)合到細(xì)胞表面的特異受體上，啟動特異的化學(xué)信號決定細(xì)胞命運，推動細(xì)胞沿著肝細(xì)胞途徑分化，并抑制其向胰腺細(xì)胞方向分化。

在新研究中，Zaret研究小組證實組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶P300和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Ezh2在確定細(xì)胞向肝臟或胰腺命運轉(zhuǎn)化中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。當(dāng)研究人員在小鼠中對應(yīng)抑制這兩種酶的功能時成功地誘導(dǎo)胚胎細(xì)胞生成了較少的肝細(xì)胞和較多的胰腺細(xì)胞。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞命運被確定前，朝著肝臟或胰臟分化的胚胎細(xì)胞在組蛋白這一表觀遺傳學(xué)標(biāo)志上就存在著差異。這表明我們或可通過操作這些組蛋白而影響細(xì)胞的命運，亦或可通過檢測這些組蛋白在分化的早期更好地預(yù)測這些細(xì)胞的命運，”Zaret說。

“細(xì)胞被確定其特殊命運的機制一直以來是發(fā)育生物學(xué)中的重要研究熱點，”美國國立衛(wèi)生研究院遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)部主任Susan Haynes博士說：“這項研究促使科學(xué)家們更深入地了解了這一過程的早期階段，并為在再生醫(yī)學(xué)治療中控制干細(xì)胞命運提供了新的方法。”

“通過更深入地了解細(xì)胞正常編程的機制，我們將最終能夠?qū)崿F(xiàn)對其他細(xì)胞的準(zhǔn)確重編程，”Zaret強調(diào)。

研究人員希望能夠基于這一發(fā)現(xiàn)開發(fā)出新技術(shù)推動胚胎干細(xì)胞生成治療及研究所需肝臟或胰腺β細(xì)胞，從而解決目前存在的胰腺及肝臟組織短缺的問題，為I型糖尿病及急性肝衰竭患者提供所需移植器官。目前他們正嘗試模擬胚胎發(fā)育步驟推動胚胎干細(xì)胞向成熟細(xì)胞分化。此外，他們還希望能夠?qū)⑦@些研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于評定中期祖細(xì)胞表觀遺傳學(xué)狀態(tài)中去。在接下來的研究中，研究人員還計劃利用生成的肝臟細(xì)胞和胰腺細(xì)胞研究及篩選出能修復(fù)缺陷或促進細(xì)胞生長的藥物。