Nature子刊：ESCs基因沉默的復雜機制
日期：2015-09-02 08:57:33
最近，英國Babraham研究所的研究人員，發現了一種強大的基因相互作用網絡，可使基因在早期發育階段保持沉默。在形成一種三維結構的基因組中，也有短距離和長距離的相互作用。這一研究結果，發表在八月三十一日的《Nature Genetics》，展示了關鍵的決策基因（指定胚胎隨后發育的藍圖），如何聚集在胚胎干細胞的核心，并保持在一個沉默的狀態。
形成一個胚胎的不同類型細胞，來源于胚胎干細胞（ESCs）。這些細胞是自我更新的，并保持在一個未分化的狀態，從而意味著，它們有可能成為身體中任何類型的細胞。為了變成一種特殊的細胞類型，胚胎干細胞沿著一個發育通路發展，失去其干細胞特性，并獲得了新的特性。在基因組水平上，假設一個專門的細胞身份反映了適當發育基因的開啟。相反，保持干細胞的身份，就需要發育基因的抑制。
利用Babraham研究所開發的一項新技術（啟動子捕獲Hi-C），研究人員在胚胎干細胞中發現了一個異常強大的發育基因3D網絡。這些基因編碼的蛋白質，可建立胚胎的身體計劃，并指導器官發育。作為一個ESC，你不想這些指令在這個階段被讀取，所以為了避免這種情況，基因都聚集在一起并保持沉默。研究表明，這種抑制的關鍵是一個蛋白復合物，稱為多梳抑制復合物（PRC1），ESC基因組結構的一個主調節器。因此，這項研究建立了一種機制，通過特定基因和PRC1之間的物理相互作用而發揮作用，從而有效地使基因保持在沉默的狀態。這可以防止它們在ESCs的表達，并保證未分化狀態的維持。
研究人員指出，基因從這個網絡的選擇性釋放，可導致它們的表達，從而控制早期發育決策，啟動干細胞沿路成為一種定義的細胞類型。最后，多梳復合物的下調，已被證明是多種癌癥和發育障礙的原因，從而強調了理解“在發育和疾病中Polycomb介導的基因抑制”的重要性。
本文第一作者、該研究所細胞核動力研究項目組組長Sarah Elderkin博士說：“分析小鼠胚胎干細胞基因組中22,225個啟動子的全基因組連接，可使我們識別一組啟動子（近100個），它們組成了在整個基因組中所看到的最強大的互動網絡。這是令人興奮的，因為這組基因的成員編碼早期發育的調控因子，它們指定胚胎干細胞將成為什么。本研究揭示了一種機制，發育基因的不適當表達是如何被阻止的，也表明，為了正常的胚胎發育進行，基因是如何擺脫這種沉默的。”
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