通過(guò)研究胚胎干細胞調節DNA包裝的機制發(fā)現了一個(gè)心臟形成的新調控因子?？茖W(xué)家們說(shuō)發(fā)現這種發(fā)現遺傳調控因子的方法或許有能力提供關(guān)于身體內所有組織如肝、腦、血液等等形成的深入了解。

干細胞有潛力成為所有的細胞類(lèi)型。一旦做出選擇，這種細胞和其他的干細胞堅持一樣的命運劃分形成器官組織。

一個(gè)由華盛頓大學(xué)領(lǐng)導的研究小組對于干細胞如何轉變?yōu)樾募∫赃M(jìn)一步研究通過(guò)組織再生修復受損心臟特別地感興趣。這一項目的主要參與者包括心臟病理學(xué)家和干細胞生物學(xué)家Charles Murry博士，從事胚胎發(fā)育控制研究的Randall Moon博士，以及負責探究人類(lèi)基因組的操作系統的John Stamatoyannopoulos博士。論文的*作者是華盛頓大學(xué)博士生Sharon Paige。研究結果發(fā)表在9月28日的Cell雜志上。

Paige是一個(gè)心有抱負的兒科心臟病專(zhuān)家，他說(shuō)：“通過(guò)確定心臟發(fā)育的調控因子，這項工作有可能促成對于先天性心臟病病因得的更好了解，從未為治療進(jìn)展鋪平了道路。”

以往華盛頓大學(xué)的研究人員研究了促使細胞生成各種心臟組織的信號。在本研究中，他們進(jìn)入了一個(gè)相對未經(jīng)探索的領(lǐng)域。他們決定探究干細胞轉變?yōu)樾呐K組織背后的遺傳調控。

由于干細胞會(huì )將它們的DNA密碼維持在保密狀態(tài)直至需要之時(shí)，科學(xué)家們研究了這種包裝隨時(shí)間改變允許讀取部分密碼，由此引起細胞內改變的機制。

DNA被包裝在一種稱(chēng)為染色質(zhì)的結構中。Murry解釋說(shuō)：“DNA可以被包裝成緊密關(guān)閉、中間狀態(tài)或激活狀態(tài)。緊密關(guān)閉狀態(tài)類(lèi)似于汽車(chē)上的剎車(chē)。”

就像一個(gè)閉口不言的孩子當他問(wèn)道：“你長(cháng)大時(shí)會(huì )是什么樣?”干細胞保護著(zhù)那些將決定它們未來(lái)細胞類(lèi)型的基因，或科學(xué)家們稱(chēng)之為的它們的細胞命運。

Murry說(shuō)：“我們發(fā)現干細胞非常謹慎地避免在錯誤的時(shí)間開(kāi)啟細胞命運的調控基因。這些基因帶著(zhù)剎車(chē)直到需要它們之時(shí)。正確的時(shí)間剎車(chē)被除去。”

他解釋說(shuō)相比那些調控細胞命運的基因，調控細胞功能的基因情況有所不同。例如調控使細胞收縮或生成電信號的蛋白質(zhì)生成的基因就沒(méi)有這樣復雜的剎車(chē)系統。這些基因可以被更輕易地激活。

研究人員指出人們已經(jīng)知道干細胞遵循修飾DNA包裝將它們與祖細胞及其具有功能特性的細胞例如血液細胞或肌肉細胞區分開(kāi)來(lái)的模式。然而對于DNA包裝修飾的動(dòng)態(tài)——包裝如何隨時(shí)間變成發(fā)生改變——以及這些動(dòng)態(tài)影響了哪些“暴露”的基因并激活生成了心肌細胞還知之甚少。

這一研究小組了解到隨著(zhù)人類(lèi)胚胎干細胞轉變?yōu)樾呐K細胞， DNA包裝中特征性的動(dòng)態(tài)改變伴隨著(zhù)分化。這種信號燈模式使得科學(xué)家們將心臟發(fā)育的關(guān)鍵調控因子與其他基因區分開(kāi)來(lái)。研究人員將DNA包裝中這種嚴格的定時(shí)模式稱(chēng)之為“時(shí)間染色質(zhì)標記”。

就像一個(gè)銀行搶劫犯在給銀行出納員的一張手寫(xiě)字條中留下了罪證，這種時(shí)間染色質(zhì)標記為科學(xué)家們提供了他們尋找有可能負責心臟形成的新基因所需的線(xiàn)索。

Murry和研究小組的其他成員認為DNA解包裝模式可以廣泛地適用于發(fā)現調控不僅心臟還有其他組織和器官形成方面的基因。這樣的一種研究方法可能有助揭示隨胚胎形成以及生長(cháng)而發(fā)生在細胞中的主要發(fā)育決定。這些發(fā)現可能提供有用的信息促進(jìn)干細胞形成特異組織用于生命后期器官修復。

認識到實(shí)驗室系統在模擬人類(lèi)器官形成早期階段活細胞中發(fā)生事件方面的局限性，Murry說(shuō)：“利用這一時(shí)間染色質(zhì)標記來(lái)發(fā)現調控基因能夠帶給我們關(guān)于人類(lèi)發(fā)育的新認識以及調控細胞命運的新工具。”

“我們發(fā)現了一群，”Murry說(shuō)。他們的系統揭示的*候選基因就是同源盒基因（homeobox gene）MEIS2。這一基因似乎是一種不可能的選擇因為它從前未有任何參與心臟形成的記錄。然而，當研究人員從新一代的斑馬魚(yú)中移除這一基因時(shí)，發(fā)育中的斑馬魚(yú)胚胎具有心臟管形成缺陷和其他的心臟異常。