人類體細胞能通過重新編程，誘導成多能干細胞（hiPSCsC），目前已通過培養(yǎng)獲得了不同分化潛能的細胞。但是這些多能細胞經(jīng)過重編程和長期培養(yǎng)過程也有可能會導致出現(xiàn)異常，那么其中的影響因素是什么？基因表達會出現(xiàn)什么變化？了解hiPSCsC表觀遺傳變化對于基礎(chǔ)研究和臨床應用具有何種重要意義？

近期來自劍橋大學Wellcome Trust干細胞研究中心的Anton Wutz博士就發(fā)表了題為“Epigenetic Alterations in Human Pluripotent Stem Cells: A Tale of Two Cultures”的綜述文章，總結(jié)了人類多能干細胞中表觀遺傳變化研究方面的最新進展，回答了上述問題，一語雙關(guān)的指出干細胞與表觀遺傳變化之間的關(guān)聯(lián)，就像是兩重文化里的一個故事，也是兩種培養(yǎng)條件下的一個結(jié)果。

印記基因表達

研究人員通過對來自100多個細胞系的200多種人多能性干細胞樣品，以及代表17種不同類型組織的80種成體細胞樣品分析，揭示了人類干細胞中一種新類型動態(tài)變化。

干細胞能通過與微環(huán)境相互作用精確地控制自身的維持和分化，期間會發(fā)生多種動態(tài)變化，比如基因調(diào)控，DNA甲基化，以及基因沉默的呢過，這些變化如何動態(tài)和差異地在干細胞及其分化子細胞中傳導并發(fā)揮作用的，至今并不是十分清楚。

研究人員聚焦于通過DNA甲基化的基因沉默，DNA甲基化基因沉默出現(xiàn)的錯誤出現(xiàn)在嚴重發(fā)育缺陷，以及癌癥患者中。研究人員又與Illumina公司合作，開發(fā)了一種新型DNA甲基化芯片，這種芯片能夠檢測人類基因組上45萬個位點的甲基化狀態(tài)。研究結(jié)果表明干細胞上出現(xiàn)了令人吃驚的DNA甲基化模式變化。

在多能干細胞上出現(xiàn)的另外一個表觀遺傳異常就是印記基因，研究人員發(fā)現(xiàn)雖然維持印記基因沉默的DNA甲基化模式，在所有體細胞組織是穩(wěn)定的，但是他們也吃驚的發(fā)現(xiàn)，干細胞的印記基因出現(xiàn)了頻繁的DNA甲基化模式異常。其中一些異常在細胞系建立的極早期就出現(xiàn)了，而其余異常則是隨著時間的推移而慢慢產(chǎn)生的。

這些研究表明，人類干細胞能改變其表觀遺傳性，比如特定基因活性的DNA修飾模式，甚至有時候發(fā)生大幅度變化，這些變化將對把這些細胞作為研究人類疾病和發(fā)育的模型，產(chǎn)生影響。

女性hiPSCs中X染色體失活

正常來說，當研究人員將皮膚細胞重編程為iPS細胞的時候，這些細胞會停留在培養(yǎng)皿中一層特殊材料層中，這時就需要飼養(yǎng)層細胞為iPS細胞的繁殖提供營養(yǎng)。在這項研究中，研究人員則采用了含有一種稱為LIF蛋白的飼養(yǎng)層，來培養(yǎng)人類iPS細胞系。

研究人員分析了LIF在女性iPS細胞生長過程中扮演的角色，這種細胞具有兩個X染色體拷貝，而男性細胞的性染色體組成則是一個X染色體和一個Y染色體，女性的兩個X染色體會導致兩倍基因毒性劑量的可能，除了一個獨特的進化機制，即“X-inactivation（X失活）”這種X染色體被沉默的過程中。這一過程出現(xiàn)在胚胎發(fā)育的早期，確保女性和男性一樣，每個細胞中只有一個X染色體功能拷貝，但是這一過程如何精確發(fā)生的，至今科學家們還并不清楚。

為了分析這一過程，研究人員首先在無LIF蛋白的飼養(yǎng)層中培養(yǎng)iPS細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個iPS細胞中的一個X染色體會保持沉默。而那些在含有LIF蛋白飼養(yǎng)層中生長的iPS細胞則會生成兩個活性的X染色體。

之后研究人員又將從非LIF細胞飼養(yǎng)層中獲取的一個細胞，轉(zhuǎn)移到LIF細胞飼養(yǎng)層，iPS細胞的失活X染色體又被開啟了，從而變得與胚胎干細胞更為相似。

這些研究結(jié)果對于進一步分析iPS細胞如何生長和成熟具有重要意義，而且由于iPS細胞可以幫助科學家們從患有特殊疾病的患者身上創(chuàng)建干細胞，因此這一新發(fā)現(xiàn)也將能創(chuàng)造研究疾病和藥物檢測的更加優(yōu)越的人類模型。