Cell頭條：抽絲剝繭，解析干細胞的命運

日期：2012-04-16 09:04:11

在分子水平上到底發生了什么才會使得干細胞成為一種細胞類型而非另一種？在什么時間點它被注定了細胞命運？而它又是如何被注定命運的呢？直到現在這些問題仍是待解之謎。近日來自加州理工學院的一個研究團隊在新研究追蹤了確保干細胞分化成為免疫系統重要細胞T細胞的逐步發育過程，這一成果標志著我們在理解干細胞命運方面又向前邁出了重要的一步。相關研究論文在線發布在4月13日的《細胞》（Cell）雜志上。

該研究的首席研究員、加工理工學院生物學教授Ellen Rothenberg說：“這是第一次這樣詳細地，一步一步地解析自然發育的過程，檢測了基因組中所有基因的活性。這意味著就基因而言，該系統中的所有的東西都無所遁形。“

文章的第一作者是Rothenberg實驗室的研究生Jingli A. Zhang，他現在是加州理工學院的博士后學者。

在這篇文章中，研究人員針對多能造血前體細胞展開了研究。多能造血前體細胞是一類干細胞樣細胞，表達各種各樣的基因，并能夠分化形成多種不同的血液細胞類型，包括免疫系統細胞。從整個小鼠基因組著手，研究人員精確篩查了這一前體細胞轉變為命中注定的T細胞過程中所有發揮了作用的基因，并鑒別了在發育過程中這些基因各自開啟的時間點。同時，研究人員還追蹤了可引導前體細胞通往各種替代信號通路的基因。研究結果還揭示了T細胞發育過程促進其他命運的基因關閉的時間和方式。

Rothenberg 解釋說：“T細胞基因是否是在促進一些特異性替代的基因關閉之前開啟的？或是以其他的順序？哪些基因首先開啟？哪些基因首先關閉？這些一直是我們過去想了解的問題。在大多數全基因組研究中，你很難有能力了解發育進程中第一、第二、第三等等逐步發生的事件。而如果你想了解這樣一個復雜的過程建立這些前后關系是絕對至關重要的。”

在新研究中，研究人員對生成T細胞的一系列分子事件中的五個階段進行了解析，包括細胞定型前兩個階段、定型階段以及定型之后的兩個階段。他們鑒別了在所有這些階段表達的基因，包括大量編碼轉錄因子的基因，這些轉錄因子在開啟或關閉特定基因中起重要作用。他們發現大部分調控轉換發生在第二階段和第三階段之間，此時T細胞定型開啟。大量激活未定型干細胞相關基因的轉錄因子基因關閉，而其他一些激活T細胞發育下一階段所需基因的轉錄因子基因開啟。

研究人員不僅檢測了在不同的階段哪些基因獲得了表達，還鑒別了有可能導致這些基因在特定時間表達的因素。轉錄因子自身的表達就是一個關鍵的調控元素。除此之外，研究人員還頗有興趣地鑒別了基因的調控序列，基因上的這部分序列主要是充當轉錄因子的停泊位點。采用常規的分子生物學技術通常很難鑒別在小鼠和人類中的這些序列，研究人員耗費了10年的時間致力于構建出單個基因調控序列的綜合圖譜。

為了構建出可能的調控序列圖譜，Jingli A. Zhang對表觀遺傳學標記進行了研究。通過鑒別表觀遺傳學標記添加或清除的DNA區域，Rothenberg研究小組為研究人員鑒別T細胞發育過程中大量開啟或關閉基因的調控序列鋪平了道路。

Rothenberg說從某種意義上說，她的團隊采用的是一種反向的方法來解析這些對照序列的定位問題。“我們要說的是，如果我們能夠根據生成的RNA推斷出在某個時間點開啟的基因，我們就應該能夠觀測這一基因周圍的這些DNA序列，解析是否同時還有DNA序列添加或丟失了表觀遺傳學標記。如果我們能找到它，那將成為用于開啟這一基因的真正的熱點候選調控序列，”Rothenberg說。