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        一項新的雙胞胎研究揭示了是什么導致重新編程的干細胞具有不同的表觀遺傳模式

        索爾克的科學家和合作者通過比較來自同卵雙胞胎的誘導多能干細胞(iPSCs),闡明了一個長期存在的問題:是什么導致了干細胞的變異。他們發(fā)現(xiàn),即使是由雙胞胎細胞制成的間充質(zhì)干細胞,也存在重要的差異,這表明并非所有間充質(zhì)干細胞系之間的變異都源于遺傳學,因為雙胞胎具有相同的基因。

        一項新的雙胞胎研究揭示了是什么導致重新編程的干細胞具有不同的表觀遺傳模式

        因為干細胞可以分化成人體中幾乎所有的細胞類型,所以干細胞有潛力被用來制造健康細胞來治療多種疾病。但干細胞有兩種類型:一種是從胚胎中分離出來的胚胎干細胞(ESCs),另一種是在實驗室中從成年細胞中分離出來的iPSCs,這種細胞通過信號分子的混合物重新編程,是了解疾病和開發(fā)新療法的一個有希望的工具。

        盡管iPSCs在大多數(shù)方面與ESCs相似,科學家們發(fā)現(xiàn)iPSCs的表觀遺傳學經(jīng)常發(fā)生變異——DNA上的甲基標記決定了基因的表達時間。這些表觀遺傳標記在iPSCs和ESCs之間并不相同,甚至在不同的iPSCs系之間也不相同。在過去,很難確定是什么導致了這些差異。

        “當我們重新編程細胞時,當我們將它們與來自胚胎的干細胞進行比較時,我們看到了微小的差異。”總是我們想了解什么類型的差異,導致他們是什么,他們的意思是,“說胡安·卡洛斯Izpisua Belmonte,索爾克教授實驗室的基因表達和文章的第二作者,凱莉·弗雷澤的加州大學圣地亞哥分校新論文,發(fā)表在細胞干細胞在2017年4月。更好地理解這些差異將有助于研究人員改進基于干細胞的疾病治療方法。

        伊茲皮蘇亞·貝爾蒙特(Izpisua Belmonte)和弗雷澤(Frazer),以及論文的共同第一作者阿薩納西亞·帕諾普洛斯(Athanasia Panopoulos)和加州大學圣地亞哥分校(UCSD)的艾琳·史密斯(Erin Smith),求助于雙胞胎來解決這個問題。帕諾普洛斯曾是索爾克大學(Salk)的博士后研究員,現(xiàn)在在圣母大學(University of Notre Dame)工作。

        盡管同卵雙胞胎彼此擁有相同的基因,但他們的表觀基因——dna上甲基標記的集合——在他們成年時是不同的,部分原因是環(huán)境因素。研究人員在研究了三對雙胞胎的皮膚細胞后發(fā)現(xiàn),將成年同卵雙胞胎的皮膚細胞重新編程至胚胎狀態(tài),消除了大部分這些差異。然而,在胚胎干細胞與胚胎干細胞的比較方面,雙胞胎之間仍然存在關鍵的表觀遺傳學差異。

        當研究小組更深入地研究雙胞胎基因組中甲基標記之間的這種變異傾向于出現(xiàn)的位點時,他們發(fā)現(xiàn)這些位點通常位于一種名為MYC的調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點附近。

        Panopoulos說:“在過去,研究人員發(fā)現(xiàn)了許多甲基化狀態(tài)發(fā)生變化的位點,但是很難找出其中哪些位點由于基因而發(fā)生了變化。”“在這里,我們可以更具體地關注那些我們知道與基因無關的地點。”她說,正是這種新的關注讓他們能夠深入到MYC綁定站點。

        研究人員推測,MYC蛋白(一種用于從成年細胞中重組ipsc的分子)可能在基因重組過程中決定哪些位點被隨機甲基化方面發(fā)揮了作用。

        帕諾普洛斯說:“這對雙胞胎讓我們能夠提出以前無法提出的問題。”“當你用相同的基因組但不同的表觀基因組對細胞重新編程時,你能夠看到發(fā)生了什么,并弄清楚發(fā)生了什么,這是由于基因,什么是由于其他機制。”

        這些發(fā)現(xiàn)有助于科學家更好地理解細胞重編程的過程,以及iPSCs和ESCs之間的差異,這對未來旨在了解這些變化的具體原因和后果的研究,以及iPSCs用于研究和治療的方式具有啟示意義。

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