Cell：人類胚胎干細(xì)胞表觀遺傳組路線圖繪制完成
來源：生物360
日前，一支國際小組完成了由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）主持的表觀遺傳組路線圖項(xiàng)目，并對調(diào)控人類早期發(fā)育的基因的表達(dá)機(jī)制進(jìn)行了全面分析。
此外，他們發(fā)現(xiàn)了可能在胚胎遺傳和癌癥遺傳方面發(fā)揮重要作用的新的遺傳現(xiàn)象。公布的數(shù)據(jù)包括了超過四年的實(shí)驗(yàn)分析，這將極大的幫助生物醫(yī)學(xué)幾乎每個子領(lǐng)域的研究工作。
當(dāng)一個卵子被受精以后，它會分裂多次，從一個細(xì)胞長成一個人體。在發(fā)育的胚胎中，每一代功能不同的細(xì)胞又會接著通過表達(dá)一部分特定的基因并抑制另一部分基因來實(shí)現(xiàn)分化。
研究人員表示，通過利用大型的基因組技術(shù)，我們能夠探索在胚胎細(xì)胞及其子代細(xì)胞選擇命運(yùn)（即它們將產(chǎn)生哪部分的身體組織）的時候，基因組中基因的表達(dá)是如何被開啟和關(guān)閉的。
一個細(xì)胞可以通過DNA甲基化（一個甲基添加到胞嘧啶上）來調(diào)節(jié)他們的基因。另外，大量的化學(xué)修飾也會加到細(xì)胞核內(nèi)DNA包裹的組蛋白上來調(diào)控基因表達(dá)，其 中一種基因沉默的方式是“H3K27me3”，即3個甲基特異性的添加到組蛋白H3上。研究人員解釋道，人們通常不會想到，從它們的功能來看，這兩個“表 觀”的修飾是非常不同的。
目前的研究將結(jié)束這一觀念。研究人員發(fā)現(xiàn)，在分析整個基因組的這些修飾，即表觀遺傳組時，調(diào)節(jié)早期胚胎發(fā)育的主控基因往往由組蛋白甲基化H3K27me3關(guān)閉。同時，細(xì)胞分化的最后階段主要由DNA甲基化來精心安排，使細(xì)胞變得越來越專注于特定的功能。
研究人員表示，組蛋白甲基化是相對容易扭轉(zhuǎn)的，但是DNA甲基化的扭轉(zhuǎn)則是一個很復(fù)雜的過程，它需要更多的資源，并且更可能導(dǎo)致潛在的有害突變。因此可能需 要從發(fā)育過程的多個點(diǎn)利用組蛋白甲基化來沉默主控基因，而DNA甲基化主要是在稍后的階段被用來關(guān)閉基因，這時細(xì)胞已經(jīng)具有了特定的功能，可能不再需要那 些基因。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，人類基因組中有超過1200個大型的區(qū)域在發(fā)育過程中始終沒有DNA甲基化的存在。事實(shí)證明， 被認(rèn)為是發(fā)育主控因子的許多基因都位于這些區(qū)域，研究人員稱它們?yōu)镈NA甲基化谷（DNA methylation valleys， DMVs）。另外，該小組還發(fā)現(xiàn)DMVs在結(jié)腸癌細(xì)胞中是異常甲基化的。我們知道，異常的DNA甲基化在多種癌癥中均發(fā)揮重要作用，這些結(jié)果暗示，細(xì)胞 DNA甲基化機(jī)制本身的改變可能是腫瘤發(fā)展的主要步驟。
此外，研究人員還總結(jié)了DNA序列的調(diào)控元件——增強(qiáng)子，他們確定了10300多個可能的增強(qiáng)子，并在六種細(xì)胞類型中明確了它們的激活和沉默情況。
未來幾年，研究人員極有可能將繼續(xù)篩選該研究中獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步調(diào)查表觀遺傳現(xiàn)象與多種細(xì)胞功能和疾病的關(guān)系。
研究人員表示，這些數(shù)據(jù)將對科學(xué)界理解人類早期發(fā)展非常有用。這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)在于為生物醫(yī)學(xué)研究建立了一個主要的信息資源，許多復(fù)雜疾病的根源其實(shí)早就存在于人類早期發(fā)育的過程中了。
原文檢索：
Wei Xie, Matthew D. Schultz, James A. Thomson, Joseph R. Ecker, Bing Ren et al. Epigenomic Analysis of Multilineage Differentiation of Human Embryonic Stem Cells. Cell, 09 May 2013; DOI: 10.1016/j.cell.2013.04.022
