人類體細(xì)胞能通過(guò)重新編程，誘導(dǎo)成多能干細(xì)胞（hiPSCsC），目前已通過(guò)培養(yǎng)獲得了不同分化潛能的細(xì)胞。但是這些多能細(xì)胞經(jīng)過(guò)重編程和長(zhǎng)期培養(yǎng)過(guò)程也有可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)異常，那么其中的影響因素是什么？基因表達(dá)會(huì)出現(xiàn)什么變化？了解hiPSCsC表觀遺傳變化對(duì)于基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用具有何種重要意義？
近期來(lái)自劍橋大學(xué)Wellcome Trust干細(xì)胞研究中心的Anton Wutz博士就發(fā)表了題為“Epigenetic Alterations in Human Pluripotent Stem Cells: A Tale of Two Cultures”的綜述文章，總結(jié)了人類多能干細(xì)胞中表觀遺傳變化研究方面的進(jìn)展，回答了上述問題，一語(yǔ)雙關(guān)的指出干細(xì)胞與表觀遺傳變化之間的關(guān)聯(lián)，就像是兩重文化里的一個(gè)故事，也是兩種培養(yǎng)條件下的一個(gè)結(jié)果。
印記基因表達(dá)
研究人員通過(guò)對(duì)來(lái)自100多個(gè)細(xì)胞系的200多種人多能性干細(xì)胞樣品，以及代表17種不同類型組織的80種成體細(xì)胞樣品分析，揭示了人類干細(xì)胞中一種新類型動(dòng)態(tài)變化。
干細(xì)胞能通過(guò)與微環(huán)境相互作用地控制自身的維持和分化，期間會(huì)發(fā)生多種動(dòng)態(tài)變化，比如基因調(diào)控，DNA甲基化，以及基因沉默的呢過(guò)，這些變化如何動(dòng)態(tài)和差異地在干細(xì)胞及其分化子細(xì)胞中傳導(dǎo)并發(fā)揮作用的，至今并不是十分清楚。
研究人員聚焦于通過(guò)DNA甲基化的基因沉默，DNA甲基化基因沉默出現(xiàn)的錯(cuò)誤出現(xiàn)在嚴(yán)重發(fā)育缺陷，以及癌癥患者中。研究人員又與Illumina公司合作，開發(fā)了一種新型DNA甲基化芯片，這種芯片能夠檢測(cè)人類基因組上45萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)的甲基化狀態(tài)。研究結(jié)果表明干細(xì)胞上出現(xiàn)了令人吃驚的DNA甲基化模式變化。
在多能干細(xì)胞上出現(xiàn)的另外一個(gè)表觀遺傳異常就是印記基因，研究人員發(fā)現(xiàn)雖然維持印記基因沉默的DNA甲基化模式，在所有體細(xì)胞組織是穩(wěn)定的，但是他們也吃驚的發(fā)現(xiàn)，干細(xì)胞的印記基因出現(xiàn)了頻繁的DNA甲基化模式異常。其中一些異常在細(xì)胞系建立的極早期就出現(xiàn)了，而其余異常則是隨著時(shí)間的推移而慢慢產(chǎn)生的。
這些研究表明，人類干細(xì)胞能改變其表觀遺傳性，比如特定基因活性的DNA修飾模式，甚至有時(shí)候發(fā)生大幅度變化，這些變化將對(duì)把這些細(xì)胞作為研究人類疾病和發(fā)育的模型，產(chǎn)生影響。
之后研究人員又將從非LIF細(xì)胞飼養(yǎng)層中獲取的一個(gè)細(xì)胞，轉(zhuǎn)移到LIF細(xì)胞飼養(yǎng)層，iPS細(xì)胞的失活X染色體又被開啟了，從而變得與胚胎干細(xì)胞更為相似。
這些研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步分析iPS細(xì)胞如何生長(zhǎng)和成熟具有重要意義，而且由于iPS細(xì)胞可以幫助科學(xué)家們從患有特殊疾病的患者身上創(chuàng)建干細(xì)胞，因此這一新發(fā)現(xiàn)也將能創(chuàng)造研究疾病和藥物檢測(cè)的更加*的人類模型。
女性hiPSCs中X染色體失活
正常來(lái)說(shuō)，當(dāng)研究人員將皮膚細(xì)胞重編程為iPS細(xì)胞的時(shí)候，這些細(xì)胞會(huì)停留在培養(yǎng)皿中一層特殊材料層中，這時(shí)就需要飼養(yǎng)層細(xì)胞為iPS細(xì)胞的繁殖提供營(yíng)養(yǎng)。在這項(xiàng)研究中，研究人員則采用了含有一種稱為L(zhǎng)IF蛋白的飼養(yǎng)層，來(lái)培養(yǎng)人類iPS細(xì)胞系。
研究人員分析了LIF在女性iPS細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中扮演的角色，這種細(xì)胞具有兩個(gè)X染色體拷貝，而男性細(xì)胞的性染色體組成則是一個(gè)X染色體和一個(gè)Y染色體，女性的兩個(gè)X染色體會(huì)導(dǎo)致兩倍基因毒性劑量的可能，除了一個(gè)*的進(jìn)化機(jī)制，即“X-inactivation（X失活）”這種X染色體被沉默的過(guò)程中。這一過(guò)程出現(xiàn)在胚胎發(fā)育的早期，確保女性和男性一樣，每個(gè)細(xì)胞中只有一個(gè)X染色體功能拷貝，但是這一過(guò)程如何發(fā)生的，至今科學(xué)家們還并不清楚。
為了分析這一過(guò)程，研究人員首先在無(wú)LIF蛋白的飼養(yǎng)層中培養(yǎng)iPS細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)iPS細(xì)胞中的一個(gè)X染色體會(huì)保持沉默。而那些在含有LIF蛋白飼養(yǎng)層中生長(zhǎng)的iPS細(xì)胞則會(huì)生成兩個(gè)活性的X染色體。
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