Cell突破：繪制心臟的基因組藍圖

日期：2012-09-14 08:14:20

美國格萊斯通研究所的科學家們揭示了構建來自胚胎心臟細胞的全功能心臟所需成百上千個遺傳“開關”的精確順序和計時，提供了關于一些形式的先天性心臟病遺傳基礎的線索。這一研究在線發布在《細胞》（Cell）雜志上。

在這篇文章中，來自格萊斯通研究所高級研究員Benoit Bruneau博士實驗室的研究人員采用干細胞技術、新一代DNA測序和計算工具拼湊出了心臟如何成為心臟的“基因組藍圖”。這些研究結果為戰勝如心律失常和心室間隔缺損等危及生命的心臟缺陷提供了新希望。

格萊斯通研究所新血管研究副主任Bruneau 博士說：“先天性心臟缺損是最常見的出生缺陷類型，在美國每年累及超過3.5萬新生兒。由于研究側重于一小組基因，一直以來很難確定這些缺陷在遺傳水平上是如何形成的。在這里，我們通過觀察賦予心臟細胞獨特特性的全部遺傳物質從廣角探討了心臟的形成。”

在這項研究中，科學家們從小鼠處獲得了胚胎干細胞，在培養皿中模擬胚胎發育過程，將其重編程生成了跳動的心臟細胞。接下來，他們從發育中和成熟心臟細胞中抽提出了DNA，利用一種先進的基因測序技術ChIP-seq使得科學家們“看到”了DNA中書寫的表觀遺傳學標記。

論文的主要作者之一、格萊斯通研究所和加州大學舊金山分校Jeffrey Alexander 說：“然而僅找到這些標記只是取得了成功的一半。我們接下來不得不破譯它們編碼了心臟形成的哪些方面。為此，我們利用了格萊斯通生物信息學核心（Gladstone Bioinformatics Core）的計算能力。這使得我們能夠將從基因序列中收集的成堆的數據整理成一個可讀取的、有意義的關于心臟如何成為心臟的藍圖。

研究小組生成了一些意外的發現，他們發現在心臟細胞中基因群似乎以一種協調的方式共同起作用——在胚胎發育過程中在指定的時間作為一個群體開啟和關閉。科學家們不僅確定了一大堆與心臟形成相關的新基因，他們還精確探究了這些新發現的基因是如何與從前已知基因相互作用的。

繪制心臟基因組藍圖對于人類健康的影響是深遠的。現在科學家們了解了這些基因如何控制了心臟，他們能夠開始了解心臟病是如何破壞這一調控的。最終，他們可以尋找到預防、阻斷或消除罹患先天性心臟病兒童體內這些破壞的治療方法。

Boyer 博士說：“我們的研究結果提供了關于心臟形成過程中復雜的遺傳和表觀遺傳模式如何受到精確調控的新線索。尤其是，我們確定了有助于這一進程的基因組的關鍵部分，將有希望讓我們確定許多形式的先天性心臟病的遺傳原因，這是對抗這一破壞性疾病重要的第一步。”

Bruneau博士說：“接下來，我們希望檢測先天性心臟病患者的DNA，希望我們能夠準確找到引起他們心臟缺陷的特異遺傳破壞。一旦我們確定了這一破壞，我們就可以開始探索早期心臟形成過程中恢復正常基因功能的途徑，減少出生即有虛弱的，有時是致命的先天性心臟缺陷的嬰兒數量。”