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科学家破译细胞 返老还童 密码 癌症或能及时诊
发布时间:2017-12-30 点击: 次   编辑:dede58.com

  图:研究团队部分成员在实验室研究现场,立者为该研究论文第一作者李东伟博士/大公报记者方俊明摄

  12月18日讯(记者 方俊明)广州有科学家近期通过对干细胞诱导过程进行研究,发现细胞“返老还童”时,染色质的“开—关”状态恰似二维码一样记录了该过程的大量信息。这种二进制逻辑,普遍存在所有细胞变化过程中,其概念应用价值可望有助于修复衰老损伤器官组织,也有望发掘出癌细胞早期变化特征,或使癌症能及时诊治。

  如今,日常都活跃着交友、支付等各种“二维码”,其实这些信息都是以“01”二进制的方式记录。无独有偶,科学院广州生物医药与健康研究院通过对体细胞诱导为干细胞的过程研究,发现细胞命运转换也遵循二进制规律,染色质与细胞变化有关的位置存在一个“开—关”的基本调控逻辑。在此逻辑体系下,他们阐述了干细胞诱导过程的变化机制。该研究成果日前发表在权威期刊《细胞·干细胞》上。

  生命科学亦循“二维码”规律

  领导这一研究的裴端卿研究员指出,DNA含有生物个体的所有遗传信息,但这些信息如何被阅读出来,是目前生命科学面临基本科学问题之一。“细胞处于某一特定状态时,会选择性阅读与该细胞相关的所有信息,并要屏蔽其他不需要的信息。而成纤维细胞在导入诱导因子后,会启动一套奇妙的未知程序,将体细胞‘返老还童’到受精后约3.5天的状态。”

  “形象地说,DNA就像一本百科全书,每个细胞都携带着能形成个体的所有信息,但在某个特定阶段,只能翻开这本书里面的一部分。我们的工作就是记录从体细胞到多能干细胞过程中,打开这本书的方式,以及研究是什么‘手’在翻书。”该研究论文第一作者李东伟博士说,他们使用了ATACseq技术去读取染色质“开—关”状态的二维码,发现在多能性获得和细胞命运转变过程中染色质结构具备由从开放到关闭(OC)和关闭到开放(CO)间的二元变化规律,且二维码一直在变化。

  揭细胞重编时染色质变化

  裴端卿补充说,该团队检测了染色质开关的动态变化过程,发现细胞“返老还童”过程伴随着大规模染色质结构重排。而在重排进程中,发现Sap30作为一个重编程过程激活的重要因子,会抑制体细胞关键转录因子对染色质的调控。这部分研究结果首次揭示了体细胞重编程过程中染色质结构动态变化的规律,并为理解体细胞重编和其他相关细胞命运转变提供了新的参考理论模型。

  “这种二进制密码对应的信息,在所有细胞变化过程中都普遍存在,可能包含人体的发育和一些病理过程。”裴端卿表示,如能发掘出正常细胞在向癌细胞转变早期的染色质变化特征,癌症也许能得到及时的诊断和防治。而在发育层面上,阐明不同功能细胞发育过程的CO/OC逻辑,将极大地推进干细胞领域的发展,有助于在体外获得具备修复衰老损伤器官组织的功能细胞,实现更广泛的组织再生和器官再造。

  外国研究仅以观察变化为主

  图:破解细胞“返老还童”二维码,有望使癌症能及时诊治。图为生物科技公司人员进行血干细胞分离/资料图片

  “成纤维细胞在导入诱导因子后,会启动一套奇妙的未知程序。”中科院广州生物医药与健康研究院裴端卿研究员说,过去十年来,全世界的科学家都在研究这一奇妙的过程,得到的成果极大地丰富了人类对细胞命运调控的认识。但是目前对这一过程的了解主要还是以观察变化的现象为主,并没有从中抽象出具有普遍性逻辑或者规律。

  中科院广州生物医药与健康研究院李东伟博士补充说,目前上的研究主要集中在,解释体细胞重编程中OSKM是怎么激活与干细胞多能性相关的分子事件,比如表观遗传重塑,基因表达网络的重构和细胞形态的变化。但是,对于体细胞重编程中染色质结构的动态变化还没有深入的研究,以及体细胞调控体系的退出也没有具体的机制解释。

  李东伟作了一个形象比喻:成纤维细胞在导入诱导因子后,启动一套奇妙的未知程序,就像攀登一个未知山峰一样。“在整个旅途中,我们不知道那条路可以通向顶峰(细胞命运转变的路径),但可以预见的是这个旅途将会充满障碍,比如有茂密的灌木封路(DNA甲基化修饰mC),或者巨大的岩石挡路(H3K9me3修饰),此时我们就需要有相应的工具辅助前行,遇到灌木就拿出电锯清理(比如Tet1促进mC向5hmC转变),遇到岩石就拿碎石斧(比如KDM3/4促进H3K9me3的去甲基化),最终达到顶峰,也就是把体细胞返老还童到更高能的多能干细胞状态”。

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