Science：了解細胞轉分化的關鍵

日期：2014-08-21 17:14:51

一個特化的細胞如何改變自己的身份？最近，法國國家科研中心分子細胞及遺傳學研究所（Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire）的一個研究小組，調查了這一現象（被稱為轉分化，transdifferentiation，一種類型分化的細胞轉變成為另一種類型的分化細胞的現象）的一個100%有效的自然例子。一些細胞通過這一過程失去了它們的特性并獲得了一個新的身份，該過程可能更普遍地與脊椎動物的組織或器官再生有關，并且對再生醫學來說，是一種有前途的研究途徑。本研究發現了這一轉化過程相關表觀遺傳學因素的作用，強調了這一過程的動態性，并指出了有效轉分化的關鍵機制。該研究小組與居里研究所合作，將相關研究結果發表在2014年8月15日的《Science》雜志。

我們的身體是由許多細胞構成，這些細胞在發育期間獲得特性，在每個器官中實現精確的功能：我們稱它們為分化細胞。一般細胞會保持它們的特異性，直到死去，但是有研究證明，一些細胞能改變狀態，并獲得新的功能。這很罕見，但是存在于許多物種中，被稱為“轉分化（transdifferentiation）”。

該研究小組在秀麗隱桿線蟲（C. elegans，一種透明的小線蟲）中研究了這一過程，在其體內一個直腸細胞自然轉變為運動神經元。這種轉化——從一種細胞類型到另外一種——發生而沒有細胞分裂，是通過一系列定義良好的步驟，這些步驟總是導致相同的結果。研究人員調查了使這一轉化過程如此穩定的因素。

該研究小組已經闡明了幾個轉錄因子在這一轉分化過程中的作用。但是，這些新的研究結果展現了可調節基因表達的所謂“表觀遺傳學”因素的作用。兩個蛋白復合物參與了這一機制。這些酶作用于一個組蛋白，當一個突變改變它們的行為時，轉分化就停止，直腸細胞不再轉化成神經元。

研究人員觀察到，這兩個復合物以不同的步驟起作用，它們的作用可能變為，與它們相關的轉錄因子的功能。這些結果強調了正確步驟鏈對于這些分子的重要性：轉分化機制的動態性是其穩定性的必要條件。

在這一生物過程中，遺傳學和表觀遺傳學因素各自起什么作用，是一個激烈爭論的主題。這項工作表明，這些因素中的每一個如何在轉分化中起作用：轉錄因子負責起始反應，而表觀遺傳學因素則保證恒定的結果。研究還進一步表明，在“正常”條件下，表觀遺傳學因素是偶然的，但是當存在環境壓力時，它們是不可或缺的。所以，對于增大這一機制的有效性，并確保面臨外部變化時仍然保持穩定而言，表觀遺傳學因素起著至關重要的作用。

轉分化是一種了解甚少的現象。它可能與我們在一些生物中所觀察到的器官再生有關，例如蠑螈，能夠在受傷后重建自己的眼透鏡。這些結果帶來新的關鍵信息，可幫助我們了解如何控制這一過程，并可能為有前景的治療方法打開一條途徑，特別是再生醫學領域。