一项新的双胞胎研究揭示了是什么导致重新编程的干细胞具有不同的表观遗传模式

索尔克的科学家和合作者通过比较来自同卵双胞胎的诱导多能干细胞(iPSCs)，阐明了一个长期存在的问题:是什么导致了干细胞的变异。他们发现，即使是由双胞胎细胞制成的间充质干细胞，也存在重要的差异，这表明并非所有间充质干细胞系之间的变异都源于遗传学，因为双胞胎具有相同的基因。

因为干细胞可以分化成人体中几乎所有的细胞类型，所以干细胞有潜力被用来制造健康细胞来治疗多种疾病。但干细胞有两种类型:一种是从胚胎中分离出来的胚胎干细胞(ESCs)，另一种是在实验室中从成年细胞中分离出来的iPSCs，这种细胞通过信号分子的混合物重新编程，是了解疾病和开发新疗法的一个有希望的工具。

尽管iPSCs在大多数方面与ESCs相似，科学家们发现iPSCs的表观遗传学经常发生变异——DNA上的甲基标记决定了基因的表达时间。这些表观遗传标记在iPSCs和ESCs之间并不相同，甚至在不同的iPSCs系之间也不相同。在过去，很难确定是什么导致了这些差异。

“当我们重新编程细胞时，当我们将它们与来自胚胎的干细胞进行比较时，我们看到了微小的差异。”总是我们想了解什么类型的差异,导致他们是什么,他们的意思是,“说胡安·卡洛斯Izpisua Belmonte,索尔克教授实验室的基因表达和文章的第二作者,凯莉·弗雷泽的加州大学圣地亚哥分校新论文,发表在细胞干细胞在2017年4月。更好地理解这些差异将有助于研究人员改进基于干细胞的疾病治疗方法。

伊兹皮苏亚·贝尔蒙特(Izpisua Belmonte)和弗雷泽(Frazer)，以及论文的共同第一作者阿萨纳西亚·帕诺普洛斯(Athanasia Panopoulos)和加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的艾琳·史密斯(Erin Smith)，求助于双胞胎来解决这个问题。帕诺普洛斯曾是索尔克大学(Salk)的博士后研究员，现在在圣母大学(University of Notre Dame)工作。

尽管同卵双胞胎彼此拥有相同的基因，但他们的表观基因——dna上甲基标记的集合——在他们成年时是不同的，部分原因是环境因素。研究人员在研究了三对双胞胎的皮肤细胞后发现，将成年同卵双胞胎的皮肤细胞重新编程至胚胎状态，消除了大部分这些差异。然而，在胚胎干细胞与胚胎干细胞的比较方面，双胞胎之间仍然存在关键的表观遗传学差异。

当研究小组更深入地研究双胞胎基因组中甲基标记之间的这种变异倾向于出现的位点时，他们发现这些位点通常位于一种名为MYC的调节蛋白的结合位点附近。

Panopoulos说:“在过去，研究人员发现了许多甲基化状态发生变化的位点，但是很难找出其中哪些位点由于基因而发生了变化。”“在这里，我们可以更具体地关注那些我们知道与基因无关的地点。”她说，正是这种新的关注让他们能够深入到MYC绑定站点。

研究人员推测，MYC蛋白(一种用于从成年细胞中重组ipsc的分子)可能在基因重组过程中决定哪些位点被随机甲基化方面发挥了作用。

帕诺普洛斯说:“这对双胞胎让我们能够提出以前无法提出的问题。”“当你用相同的基因组但不同的表观基因组对细胞重新编程时，你能够看到发生了什么，并弄清楚发生了什么，这是由于基因，什么是由于其他机制。”

这些发现有助于科学家更好地理解细胞重编程的过程，以及iPSCs和ESCs之间的差异，这对未来旨在了解这些变化的具体原因和后果的研究，以及iPSCs用于研究和治疗的方式具有启示意义。