人類(lèi)體細胞能通過(guò)重新編程，誘導成多能干細胞（hiPSCsC），目前已通過(guò)培養獲得了不同分化潛能的細胞。但是這些多能細胞經(jīng)過(guò)重編程和長(cháng)期培養過(guò)程也有可能會(huì )導致出現異常，那么其中的影響因素是什么？基因表達會(huì )出現什么變化？了解hiPSCsC表觀(guān)遺傳變化對于基礎研究和臨床應用具有何種重要意義？

近期來(lái)自劍橋大學(xué)Wellcome Trust干細胞研究中心的Anton Wutz博士就發(fā)表了題為“Epigenetic Alterations in Human Pluripotent Stem Cells: A Tale of Two Cultures”的綜述文章，總結了人類(lèi)多能干細胞中表觀(guān)遺傳變化研究方面的進(jìn)展，回答了上述問(wèn)題，一語(yǔ)雙關(guān)的指出干細胞與表觀(guān)遺傳變化之間的關(guān)聯(lián)，就像是兩重文化里的一個(gè)故事，也是兩種培養條件下的一個(gè)結果。

印記基因表達

研究人員通過(guò)對來(lái)自100多個(gè)細胞系的200多種人多能性干細胞樣品，以及代表17種不同類(lèi)型組織的80種成體細胞樣品分析，揭示了人類(lèi)干細胞中一種新類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化。

干細胞能通過(guò)與微環(huán)境相互作用地控制自身的維持和分化，期間會(huì )發(fā)生多種動(dòng)態(tài)變化，比如基因調控，DNA甲基化，以及基因沉默的呢過(guò)，這些變化如何動(dòng)態(tài)和差異地在干細胞及其分化子細胞中傳導并發(fā)揮作用的，至今并不是十分清楚。

研究人員聚焦于通過(guò)DNA甲基化的基因沉默，DNA甲基化基因沉默出現的錯誤出現在嚴重發(fā)育缺陷，以及癌癥患者中。研究人員又與Illumina公司合作，開(kāi)發(fā)了一種新型DNA甲基化芯片，這種芯片能夠檢測人類(lèi)基因組上45萬(wàn)個(gè)位點(diǎn)的甲基化狀態(tài)。研究結果表明干細胞上出現了令人吃驚的DNA甲基化模式變化。

在多能干細胞上出現的另外一個(gè)表觀(guān)遺傳異常就是印記基因，研究人員發(fā)現雖然維持印記基因沉默的DNA甲基化模式，在所有體細胞組織是穩定的，但是他們也吃驚的發(fā)現，干細胞的印記基因出現了頻繁的DNA甲基化模式異常。其中一些異常在細胞系建立的極早期就出現了，而其余異常則是隨著(zhù)時(shí)間的推移而慢慢產(chǎn)生的。

這些研究表明，人類(lèi)干細胞能改變其表觀(guān)遺傳性，比如特定基因活性的DNA修飾模式，甚至有時(shí)候發(fā)生大幅度變化，這些變化將對把這些細胞作為研究人類(lèi)疾病和發(fā)育的模型，產(chǎn)生影響。

之后研究人員又將從非LIF細胞飼養層中獲取的一個(gè)細胞，轉移到LIF細胞飼養層，iPS細胞的失活X染色體又被開(kāi)啟了，從而變得與胚胎干細胞更為相似。

這些研究結果對于進(jìn)一步分析iPS細胞如何生長(cháng)和成熟具有重要意義，而且由于iPS細胞可以幫助科學(xué)家們從患有特殊疾病的患者身上創(chuàng )建干細胞，因此這一新發(fā)現也將能創(chuàng )造研究疾病和藥物檢測的更加*的人類(lèi)模型。

女性hiPSCs中X染色體失活

正常來(lái)說(shuō)，當研究人員將皮膚細胞重編程為iPS細胞的時(shí)候，這些細胞會(huì )停留在培養皿中一層特殊材料層中，這時(shí)就需要飼養層細胞為iPS細胞的繁殖提供營(yíng)養。在這項研究中，研究人員則采用了含有一種稱(chēng)為L(cháng)IF蛋白的飼養層，來(lái)培養人類(lèi)iPS細胞系。

研究人員分析了LIF在女性iPS細胞生長(cháng)過(guò)程中扮演的角色，這種細胞具有兩個(gè)X染色體拷貝，而男性細胞的性染色體組成則是一個(gè)X染色體和一個(gè)Y染色體，女性的兩個(gè)X染色體會(huì )導致兩倍基因毒性劑量的可能，除了一個(gè)*的進(jìn)化機制，即“X-inactivation（X失活）”這種X染色體被沉默的過(guò)程中。這一過(guò)程出現在胚胎發(fā)育的早期，確保女性和男性一樣，每個(gè)細胞中只有一個(gè)X染色體功能拷貝，但是這一過(guò)程如何發(fā)生的，至今科學(xué)家們還并不清楚。

為了分析這一過(guò)程，研究人員首先在無(wú)LIF蛋白的飼養層中培養iPS細胞，結果發(fā)現每個(gè)iPS細胞中的一個(gè)X染色體會(huì )保持沉默。而那些在含有LIF蛋白飼養層中生長(cháng)的iPS細胞則會(huì )生成兩個(gè)活性的X染色體。