代谢物的变化可以调节最早的发育阶段

细胞代谢物的变化已被证明可以在生命的最早阶段调节胚胎干细胞的发育。代谢物是在细胞中维持生命的化学活性期间产生的简单化合物。最近的研究结果应该能够提高科学家使用胚胎干细胞生长新组织和器官的能力，以替代那些因疾病或受伤而受损的人。这些发现还可能导致从不育到癌症等常见疾病的新疗法。

研究人员在11月16日出版的“ 自然细胞生物学 ”杂志上报道了他们的研究。受精后，人类卵子开始沿着输卵管向下移动。就像它一样，它开始分裂形成一个胚胎细胞球。这些细胞中的每一种，称为幼稚的植入前胚胎细胞，具有发育成人体内任何细胞类型的能力，这种能力称为多能性。

当发育中的胚胎进入子宫时，如果要进行妊娠，必须将其植入子宫内膜。当这种情况发生时，幼稚干细胞经历了一个关键的变化，因为它们迈出了分化成特定细胞类型的第一步，例如肠道，肌肉或神经细胞。这种细胞被称为引发胚胎干细胞。

“对母亲子宫的植入可以说是我们生活中最艰难的事情之一，”华盛顿大学生物化学教授，威斯康星大学干细胞与再生医学研究所副主任Ruohola-Baker说。球队。“事实上，大多数胚胎未能成功植入，怀孕结束。”组织再生领域的科学家对此转变特别感兴趣。虽然引发后植入后胚胎干细胞仍然可以变成任何类型的人类细胞，但它们比植入前的幼稚细胞更难以使用。

为了更多地了解幼稚和引发多能细胞之间的差异，威斯康星大学的研究人员首先比较了它们的基因表达谱。这项工作由俄勒冈健康科学大学的高级研究员王玉良进行，揭示了涉及影响细胞新陈代谢的基因的有趣差异。

“代谢基因的表达，特别是那些与线粒体功能相关的基因，在幼稚细胞中的表达要高得多，”王说。“在称为烟酰胺N-甲基转移酶的特定酶的基因表达方面也存在很大差异。”

为了确定这些变化的影响，Ruohola-Baker实验室的研究生Henrik Sperber使用了一种称为质谱的技术来比较代谢物细胞内的水平。

这种被称为代谢组学分析的方法提供了一个“化学快照”，可以非常详细地描绘特定阶段细胞内发生的情况。通过观察细胞代谢组学谱，研究人员发现可以区分幼稚和致敏的多能细胞。

发现在幼稚细胞中富集的明显代谢物是甲基烟酰胺，缩写为MNA，代谢酶的产物，其水平在许多癌症中增加 - 烟酰胺N-甲基转移酶，缩写为NNMT。

当活跃时，NNMT从称为S-腺苷甲硫氨酸的化合物消耗甲基。该甲基通常用于称为表观遗传组蛋白甲基化的基因调控过程。

如果没有足够的S-腺苷甲硫氨酸供应，则不能通过组蛋白甲基化进行调节，从而不能进行正确的基因表达。

研究人员发现，在幼稚细胞中，NNMT具有活性，并通过降低可用的甲基水平而表现为代谢“甲基汇”。因此，它通过表观遗传组蛋白甲基化限制了基因抑制。

另一方面，在引发的细胞中，NNMT活性低。结果，S-腺苷甲硫氨酸可用于细胞进入致敏状态所需的这些表观遗传修饰。

事实上，通过CRISPR基因编辑技术敲除特定基因，Ruohola-Baker实验室的代理讲师Julie Mathieu证明，通过单独操纵NNMT活性，可以稳定细胞处于引发或幼稚状态。

“我们的研究结果表明，单独的代谢物似乎能够驱动细胞功能和分化的许多关键变化，”Ruohola-Baker说。“除了推进我们对人类胚胎发育的理解之外，研​​究结果还表明我们可以使用代谢物，相对简单的化合物来改变常见疾病治疗中的细胞命运。”

例如，这种方法最终可能形成治疗不孕症最常见原因的基础 - 胚胎成功植入失败或影响导致癌症发展的细胞变化。