研究發(fā)現基于組蛋白預測細胞命運方法

日期：2011-05-26 08:19:03

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

領導這一研究的是賓夕法尼亞大學細胞與發(fā)育生物學教授、再生醫(yī)學研究所副主任Kenneth S. Zaret博士。近年來Kenneth將研究焦點集中在基因調控、染色質結構以及發(fā)育和干細胞生物學等領域，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。現擔任MCB雜志的編輯，并在多個研究院科技咨詢委員會、生物技術與制藥公司以及NIH任職。同時兼任美國國家醫(yī)學研究院(NIGMS)科學顧問委員會主席，美國科學促進會（AAAS）會員。

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

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

“我們驚訝地發(fā)現在細胞命運被確定前，朝著肝臟或胰臟分化的胚胎細胞在組蛋白這一表觀遺傳學標志上就存在著差異。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測這些細胞的命運，”Zaret說。

“細胞被確定其特殊命運的機制一直以來是發(fā)育生物學中的重要研究熱點，”美國國立衛(wèi)生研究院遺傳學和發(fā)育生物學部主任Susan Haynes博士說：“這項研究促使科學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)學治療中控制干細胞命運提供了新的方法。”

“通過更深入地了解細胞正常編程的機制，我們將最終能夠實現對其他細胞的準確重編程，”Zaret強調。

研究人員希望能夠基于這一發(fā)現開發(fā)出新技術推動胚胎干細胞生成治療及研究所需肝臟或胰腺β細胞，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胞向成熟細胞分化。此外，他們還希望能夠將這些研究發(fā)現應用于評定中期祖細胞表觀遺傳學狀態(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胞和胰腺細胞研究及篩選出能修復缺陷或促進細胞生長的藥物。