Cell：兩項(xiàng)研究解析胚胎干細(xì)胞的表觀遺傳機(jī)制
來(lái)源：生物360
在干細(xì)胞研究領(lǐng)域中，表觀遺傳調(diào)控，尤其是細(xì)胞核內(nèi)染色體高級(jí)組織形式一直是當(dāng)前的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域。近日，兩個(gè)研究小組在《細(xì)胞》（Cell）雜志上發(fā)表文章，分別報(bào)道了人類胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳動(dòng)態(tài)機(jī)制 以及 多向分化胚胎干細(xì)胞的表觀遺傳作用機(jī)制。
在第一項(xiàng)研究中，來(lái)自哈佛麻省Broad研究院，哈佛干細(xì)胞研究所等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家繪制出了關(guān)于人類胚胎干細(xì)胞三個(gè)胚層中細(xì)胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳的全景圖。
人類胚胎干細(xì)胞（hESCs）分化過(guò)程是研究細(xì)胞轉(zhuǎn)換調(diào)控機(jī)制的一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的模型，因此近年來(lái)以胚胎干細(xì)胞為模型，研究有關(guān)干細(xì)胞分化的表觀遺傳調(diào)控已成為新的研究熱點(diǎn)。
研究人員全面分析了人類胚胎干細(xì)胞三個(gè)胚層中直接定向分化的細(xì)胞，相關(guān)轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳的特征，繪制出了一副重要的胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳全景圖。
研究人員利用全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序技術(shù)，并結(jié)合染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序方法，以及RNA測(cè)序方法，揭示了與每個(gè)胚層細(xì)胞系特異性有關(guān)的中的特殊事件。在假設(shè)遠(yuǎn) 端調(diào)控元件中出現(xiàn)了一些顯而易見的DNA甲基化和H3K4me1譜系特異性變化，而這些元件均頻繁的與未分化人類胚胎干細(xì)胞中多能性因子結(jié)合在一起。
而且研究人員也在未分化狀態(tài)的高DNA甲基化位點(diǎn)處，發(fā)現(xiàn)了胚層特異性H3K27me3的富集。
深入理解這些初始特異性事件，將有助于找到目前研究方法中的不足之處，從而發(fā)現(xiàn)更符合實(shí)際的分化策略，以及在細(xì)胞轉(zhuǎn)換過(guò)程中相關(guān)的調(diào)控機(jī)制。
而在另一項(xiàng)研究中，研究人員全面分析了人類早期發(fā)育的基因表達(dá)機(jī)制，并發(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(guò)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(gè)子領(lǐng)域的研究工作。
研究人員發(fā)現(xiàn)在分析整個(gè)基因組的表觀遺傳組時(shí)，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(shí)，細(xì)胞分化的最后階段主要由DNA甲基化來(lái)精心安排，使細(xì)胞變得越來(lái)越專注于特定的功能。
人類基因組中有超過(guò)1200個(gè)大型的區(qū)域在發(fā)育過(guò)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，研究人員還發(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。
這些研究數(shù)據(jù)將對(duì)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(gè)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(guò)程中。
原文檢索：
Casey A. Gifford, Michael J. Ziller, Alexander Meissner et al. Transcriptional and Epigenetic Dynamics during Specification of Human Embryonic Stem Cells. Cell, 09 May 2013; DOI: 10.1016/j.cell.2013.04.037
Wei Xie, Matthew D. Schultz, 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
