由多個研究機構(gòu)組成的一個大型研究團(tuán)隊開展全面分析，揭示了引導(dǎo)早期人類胚胎發(fā)育的基因開啟和關(guān)閉的機制，這一研究成果發(fā)表在一期（5月9日）的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。來自Ludwig癌癥研究所的華人科學(xué)家任兵（Bing Ren）教授，Salk生物研究所的Joseph Ecker，以及Morgridge研究所的James Thomson為這一研究的共同。
此外，科學(xué)家們還描述了一種有可能不只在胚胎發(fā)育過程中，并且同樣在癌癥中起極其重要作用的新遺傳現(xiàn)象。研究人員將這一投入4年多時間開展實驗和分析獲得的研究數(shù)據(jù)公諸于眾，將顯著推動生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的幾乎每個子領(lǐng)域。卵子受精后，會進(jìn)行多次細(xì)胞分裂，zui終生成從巡邏免疫細(xì)胞到脈沖神經(jīng)元，人體內(nèi)的每一個細(xì)胞。通過選擇性地表達(dá)基因，發(fā)育胚胎中的每一代具有*功能的細(xì)胞將自身與祖細(xì)胞區(qū)分開來。Ludwig研究所成員、加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與分子遺傳系教授任兵博士說：“通過采用大規(guī)?；蚪M學(xué)技術(shù)，我們探討了在胚胎細(xì)胞和它們的后代譜系選擇自身命運，決定它們生成機體哪一組成部分的過程中，整個基因組的基因開啟和關(guān)閉的機制。”
細(xì)胞調(diào)控基因的其中一種機制就是DNA甲基化，在這一過程中將一個甲基基團(tuán)添加堿基胞嘧啶上。而另一種機制則是對組蛋白進(jìn)行*的化學(xué)修飾。一種稱作H3K27me3的沉默性修飾，就是將三個甲基基團(tuán)高度特異性地添加到稱作H3的組蛋白上。“就它們的功能而言，人們通常并不認(rèn)為這兩種‘表觀遺傳’修飾是極其不同的，”任兵說。當(dāng)前的研究宣告了這一觀念的結(jié)束。研究人員通過對整個基因組這些修飾（即表觀基因組）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)支配早期胚胎發(fā)育調(diào)控的主導(dǎo)基因，往往很大程度上是通過H3K27me3組蛋白甲基化而被關(guān)閉。同時，那些協(xié)調(diào)細(xì)胞分化后期階段的基因則主要是通過DNA甲基化沉默。
任兵說：“你可以某種程度上在這一差異中弄清楚動物發(fā)育的機理。組蛋白甲基化相對容易扭轉(zhuǎn)。但逆轉(zhuǎn)DNA甲基化則是一個非常復(fù)雜的過程，其需要更多的資源，更有可能導(dǎo)致潛在的有害突變。因此主要利用組蛋白甲基化來沉默發(fā)育過程中多個點所需的主導(dǎo)基因，而利用DNA甲基化來關(guān)閉晚期的基因是有意義的，在晚期階段細(xì)胞已經(jīng)特化形成特定功能，不太可能再次需要這些基因。”研究人員還發(fā)現(xiàn)在發(fā)育過程中，人類基因組超過1200個區(qū)域始終沒有DNA甲基化。研究結(jié)果證實，許多被視作是發(fā)育主調(diào)控子的基因就定位在這些區(qū)域，研究人員將它們稱之為DNA甲基化山谷（DNA methylation valleys，DMVs）。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌細(xì)胞中這些DMVs被異常甲基化。盡管人們很早以前就知道，異常的DNA甲基化在各種癌癥中發(fā)揮重要作用，這些研究結(jié)果表明細(xì)胞的DNA甲基化機器自身發(fā)生改變，有可能是腫瘤演化的一個重要步驟。
此外，研究人員還編寫了稱作增強子的DNA序列的調(diào)控目錄。他們發(fā)現(xiàn)了103,000多個可能的增強子，并在6種細(xì)胞類型中繪制了它們的激活和沉默圖譜。研究人員將極有可能通過篩查多年來這一研究所生成的數(shù)據(jù)，將這一表觀遺傳現(xiàn)象置于生物學(xué)背景下，研究各種細(xì)胞功能和疾病。任兵說：“這些數(shù)據(jù)對于科學(xué)團(tuán)體了解早期人類發(fā)育機理將極有用處。但我認(rèn)為我們的主要貢獻(xiàn)是在于，生成了一個重要的生物醫(yī)學(xué)研究信息資源。許多復(fù)雜疾病的根源都在人類早期發(fā)育過程中。”
