發(fā)布時間：2012-12-04來源：朱丹萍 供稿：干細胞所 陳捷凱
隨著2012年度諾貝爾生理或醫(yī)學獎的揭曉，誘導多能干細胞（iPS細胞）也變得家喻戶曉。這項技術使得成體細胞“返老還童”為干細胞變?yōu)榭赡埽虼司哂袠O其廣闊的再生醫(yī)學應用前景。然而，盡管基于iPS細胞的各種研究熱火朝天，但事實上這項研究并不容易，科研人員一直受困于iPS細胞誘導率低、速度慢、組成復雜等障礙。
日前，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿研究員、陳捷凱副研究員等人準確定位了iPS細胞誘導過程中一個極為重要的障礙，破解了產生障礙的原因并找到了清除這個障礙的辦法。上述研究成果“H3K9 methylation is a barrier during somatic cell reprogramming into iPSCs”于12月2日在線發(fā)表在《Nature Genetics》（《自然·遺傳學》）上。[http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.2491.html]
在研究iPS細胞的過程中，裴端卿研究員及其團隊發(fā)現(xiàn)iPS細胞誘導過程中大量出現(xiàn)一類細胞克隆，外觀、生長速度等各方面酷似干細胞，卻沒有干細胞應有的基因表達和功能。這種“pre-iPS細胞”在經典的誘導環(huán)境中大量存在，而且狀態(tài)穩(wěn)定，嚴重阻礙科研人員獲得真正的iPS細胞，包括iPS技術創(chuàng)始人Yamanaka在其第一篇關于iPS細胞的Cell文章上，獲得的很多細胞株其實也只是這種pre-iPS細胞。然而，經過研究發(fā)現(xiàn)pre-iPS細胞在某些誘導條件下（比如用維生素C處理）也會變成真正的iPS細胞，可見這只是一種未完全重編程的iPS細胞，換句話說，這是個半成品。
裴端卿研究員及其團隊意識到這種穩(wěn)定的半成品代表了iPS誘導過程的一個重要關口，大部分細胞都被阻礙在這個關口門外，于是兵分兩路，一路尋找這種半成品產生的條件，一路探索其轉錄調控情況。經過深入的研究，他們發(fā)現(xiàn)誘導培養(yǎng)iPS細胞所使用的血清是誘發(fā)這個障礙的元兇，盡管血清組成成分復雜，他們依然鑒定出起到主要抑制作用的成分——BMP蛋白，并用嚴謹?shù)膶嶒炞C實了BMP信號通路對重編程過程的抑制作用；另一方面，他們發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，作為誘導iPS細胞四個因子之一的Oct4，盡管在半成品中表達量也非常高，卻無法調控其在胚胎干細胞或真正iPS細胞中所調控的基因，經過檢測，發(fā)現(xiàn)這些Oct4本應結合的位點，無一例外處于一種抑制的表觀遺傳狀態(tài)！這就好比Oct4本該有一些下屬，卻都被鎖在家里，無法被Oct4調動，而這些下屬是否被調動，決定著細胞能否最終建立起多能性。結合這些結果，研究人員推測BMP信號通路與這個上鎖的過程直接相關，并發(fā)現(xiàn)BMP信號的激活與其中一種稱之為H3K9（組蛋白H3上的9位賴氨酸）甲基化直接相關，這種甲基化一般被認為是染色質濃縮化形成異染色質的標志。進一步實驗說明，BMP信號通路能夠通過調節(jié)H3K9的甲基轉移酶來阻礙細胞進一步前進成為iPS細胞，而維生素C則可以依賴于H3K9的去甲基化酶清除這種障礙。為了鑒定這個障礙的重要性及其對應的酶，他們嘗試用siRNA失活各種H3K9甲基化酶，結果發(fā)現(xiàn)，失活Setdb1這個酶可以使半成品細胞（pre-iPS細胞）在96小時內接近100%被繼續(xù)重編程為真正的iPS細胞，因此Setdb1和H3K9甲基化被證實是iPS誘導過程中一個極其重要的障礙。
這項歷時四年的研究結果抽絲剝繭，將iPS誘導過程中一個常見的重要障礙的形成原因和分子機理詳細闡述清楚，不僅為克服不完全重編程障礙，促進iPS技術發(fā)展有顯而易見的貢獻，也提供了一個胞外信號通路經由表觀遺傳酶調節(jié)細胞命運的范例。
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