在細(xì)胞分裂期間保持附著在染色體上的蛋白質(zhì)在確定干細(xì)胞可以變成的細(xì)胞類型中起關(guān)鍵作用。這項(xiàng)由EPFL科學(xué)家制作的發(fā)現(xiàn)對(duì)干細(xì)胞生物學(xué)及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，DNA整齊地包裹在染色體中，基因在蛋白質(zhì)中的正常表達(dá)停止，直到新細(xì)胞形成。然而，一些調(diào)節(jié)基因表達(dá)的蛋白質(zhì)仍然附著在染色體上，并為下一代細(xì)胞“標(biāo)記”特定基因。這些蛋白質(zhì)被稱為“轉(zhuǎn)錄因子”，在胚胎干細(xì)胞中很重要，因?yàn)樗鼈儧Q定了它們可以生長(zhǎng)或分化成哪種類型的細(xì)胞。EPFL科學(xué)家現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一種大量參與維持胚胎干細(xì)胞并控制其分化為大腦和脊髓干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子也會(huì)在細(xì)胞分裂過(guò)程中對(duì)基因進(jìn)行書簽。該研究發(fā)表在Genes&Development上，對(duì)我們對(duì)干細(xì)胞生物學(xué)和分化的理解具有重要意義。

基因“書簽”

轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)節(jié)基因的蛋白質(zhì)。他們通過(guò)與特定DNA序列結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，從那里他們可以控制從DNA到信使RNA的轉(zhuǎn)錄速率，然后將其翻譯成蛋白質(zhì)。

體內(nèi)的干細(xì)胞會(huì)長(zhǎng)成不同的細(xì)胞類型。這是因?yàn)楦杉?xì)胞分為兩個(gè)細(xì)胞，然后是四個(gè)細(xì)胞，依此類推。在該細(xì)胞分裂期間，大多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子被排除在染色體之外。然而，一些仍然附著并為新細(xì)胞“標(biāo)記”特定基因。雖然書簽的生物學(xué)功能仍不清楚，但它可能參與維持細(xì)胞分裂過(guò)程中正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的表型。

此外，在大多數(shù)類型的干細(xì)胞類型中，基因書簽仍然很大程度上未被探索，我們不知道它是否在確定干細(xì)胞將生長(zhǎng)成什么類型??的細(xì)胞中起作用。

一個(gè)新的書簽轉(zhuǎn)錄因子

EPFL的David Suter實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，一種名為Sox2的大量研究轉(zhuǎn)錄因子也會(huì)在干細(xì)胞分裂過(guò)程中對(duì)基因進(jìn)行書簽。眾所周知，Sox2參與維持胚胎干細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞 - 它們成為大腦和脊髓的細(xì)胞 - 甚至是癌癥干細(xì)胞。

Sox2也是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 - 非胚胎干細(xì)胞取自成體其他部位的四種重編程因子之一。因此，Sox2積極參與這些細(xì)胞的研究，這是一個(gè)新興且非常有前景的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

結(jié)合不同的顯微鏡技術(shù)，科學(xué)家觀察到Sox2在細(xì)胞分裂過(guò)程中附著在染色體上。他們還使用了一種稱為ChIP測(cè)序的方法，該方法可以分析整個(gè)基因組中DNA與蛋白質(zhì)的相互作用。該技術(shù)揭示了Sox2在分裂過(guò)程中與胚胎干細(xì)胞的各種染色體結(jié)合，為下一代細(xì)胞標(biāo)記了一小組基因。

當(dāng)然，研究人員想知道這對(duì)確定胚胎干細(xì)胞將成為何種細(xì)胞有多重要。為此，他們使用遺傳技術(shù)從細(xì)胞分裂中完全去除Sox2，特別是在細(xì)胞分裂結(jié)束并產(chǎn)生新細(xì)胞的時(shí)候。他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂過(guò)程中Sox2的缺失嚴(yán)重限制了胚胎干細(xì)胞的分子形式 - 稱為“細(xì)胞命運(yùn)”。Sox2的缺失也使它們無(wú)法分化為大腦和脊髓的干細(xì)胞，盡管它們?nèi)匀豢梢员挥行У刂鼐幊桃猿蔀檎T導(dǎo)的多能干細(xì)胞。

“我們已經(jīng)知道，在細(xì)胞分裂過(guò)程中，少數(shù)轉(zhuǎn)錄因子仍與染色體結(jié)合，”David Suter說(shuō)。“長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為細(xì)胞分裂過(guò)程中的染色體結(jié)合可能會(huì)影響細(xì)胞命運(yùn)決定。”

這項(xiàng)研究不僅表明Sox2也參與細(xì)胞分裂過(guò)程中的基因書簽，而且這種書簽通常會(huì)調(diào)節(jié)干細(xì)胞的細(xì)胞命運(yùn)決定。這一發(fā)現(xiàn)為我們對(duì)干細(xì)胞生物學(xué)的理解打開了新的窗口，并為其在生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用開辟了新的可能性。“我們的研究結(jié)果超出了胚胎干細(xì)胞中Sox2書簽的特殊情況，”蘇特說(shuō)，他仍然保持謹(jǐn)慎但對(duì)這一突破感到興奮。