基因书签调节干细胞的命运

在细胞分裂期间保持附着在染色体上的蛋白质在确定干细胞可以变成的细胞类型中起关键作用。这项由EPFL科学家制作的发现对干细胞生物学及其在医学中的应用具有重要意义。当细胞分裂时，DNA整齐地包裹在染色体中，基因在蛋白质中的正常表达停止，直到新细胞形成。然而，一些调节基因表达的蛋白质仍然附着在染色体上，并为下一代细胞“标记”特定基因。这些蛋白质被称为“转录因子”，在胚胎干细胞中很重要，因为它们决定了它们可以生长或分化成哪种类型的细胞。EPFL科学家现已发现，一种大量参与维持胚胎干细胞并控制其分化为大脑和脊髓干细胞的转录因子也会在细胞分裂过程中对基因进行书签。该研究发表在Genes&Development上，对我们对干细胞生物学和分化的理解具有重要意义。

基因“书签”

转录因子是调节基因的蛋白质。他们通过与特定DNA序列结合来实现这一目标，从那里他们可以控制从DNA到信使RNA的转录速率，然后将其翻译成蛋白质。

体内的干细胞会长成不同的细胞类型。这是因为干细胞分为两个细胞，然后是四个细胞，依此类推。在该细胞分裂期间，大多数转录因子被排除在染色体之外。然而，一些仍然附着并为新细胞“标记”特定基因。虽然书签的生物学功能仍不清楚，但它可能参与维持细胞分裂过程中正常细胞和癌细胞的表型。

此外，在大多数类型的干细胞类型中，基因书签仍然很大程度上未被探索，我们不知道它是否在确定干细胞将生长成什么类型​​的细胞中起作用。

一个新的书签转录因子

EPFL的David Suter实验室发现，一种名为Sox2的大量研究转录因子也会在干细胞分裂过程中对基因进行书签。众所周知，Sox2参与维持胚胎干细胞，神经干细胞 - 它们成为大脑和脊髓的细胞 - 甚至是癌症干细胞。

Sox2也是诱导多能干细胞 - 非胚胎干细胞取自成体其他部位的四种重编程因子之一。因此，Sox2积极参与这些细胞的研究，这是一个新兴且非常有前景的再生医学领域。

结合不同的显微镜技术，科学家观察到Sox2在细胞分裂过程中附着在染色体上。他们还使用了一种称为ChIP测序的方法，该方法可以分析整个基因组中DNA与蛋白质的相互作用。该技术揭示了Sox2在分裂过程中与胚胎干细胞的各种染色体结合，为下一代细胞标记了一小组基因。

当然，研究人员想知道这对确定胚胎干细胞将成为何种细胞有多重要。为此，他们使用遗传技术从细胞分裂中完全去除Sox2，特别是在细胞分裂结束并产生新细胞的时候。他们发现细胞分裂过程中Sox2的缺失严重限制了胚胎干细胞的分子形式 - 称为“细胞命运”。Sox2的缺失也使它们无法分化为大脑和脊髓的干细胞，尽管它们仍然可以被有效地重编程以成为诱导的多能干细胞。

“我们已经知道，在细胞分裂过程中，少数转录因子仍与染色体结合，”David Suter说。“长期以来，人们一直认为细胞分裂过程中的染色体结合可能会影响细胞命运决定。”

这项研究不仅表明Sox2也参与细胞分裂过程中的基因书签，而且这种书签通常会调节干细胞的细胞命运决定。这一发现为我们对干细胞生物学的理解打开了新的窗口，并为其在生物技术和医学中的应用开辟了新的可能性。“我们的研究结果超出了胚胎干细胞中Sox2书签的特殊情况，”苏特说，他仍然保持谨慎但对这一突破感到兴奋。