細胞“返老還童”二維碼被破譯

黃博純

生命科學中是否存在類似支付二維碼一樣的二進制規律密碼？中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿課題組通過研究干細胞誘導過程，發現細胞在發生“返老還童”時，染色質的“開—關”狀態恰似二維碼一樣記錄了這個過程的大量信息。通過破譯這些“二維碼”的內在含義，他們闡述了干細胞誘導過程的變化機制。

成纖維細胞在導入誘導因子后，會啟動一套奇妙的未知程序，將體細胞返老還童到受精后約3.5天的狀態。這種將體細胞誘導為多能干細胞是探索細胞命運轉變機理的理想體系。過去10年來，全世界的科學家都在研究此奇妙過程，但在深層機制研究中并沒有抽象出具有普遍性邏輯或者規律。

“形象地說，DNA就像一本百科全書，每個細胞都攜帶著能形成個體的所有信息，但在某個特定階段，只能翻開這本書里面的一部分。我們的工作就是記錄從體細胞到多能干細胞過程中，打開這本書的方式，以及研究是什么‘手在翻書。”論文第一作者李東偉博士說。他們通過使用ATAC-seq技術去讀取染色質“開—關”狀態的“二維碼”，發現在多能性獲得和細胞命運轉變過程中染色質結構具備由從開放到關閉（OC）和由關閉到開放（CO）間的二元變化規律，且“二維碼”在整個干細胞誘導過程中一直在變化。

裴端卿介紹，研究團隊通過檢測細胞命運轉變過程中染色質開關的動態變化模式，發現細胞“返老還童“過程伴隨著大規模染色質結構重排，首先會關閉體細胞特異性位點，同時逐漸打開多能性相關位點；在染色質結構重排的進程中，發現Sap30作為一個重編程過程被激活的重要因子，會通過促進去乙酰化修飾來抑制體細胞關鍵轉錄因子，進而促進細胞命運向多能性方向轉變。這部分研究結果首次揭示了體細胞重編程過程中染色質結構動態變化的規律，并為理解體細胞重編和其他相關細胞命運轉變提供了新的參考理論模型。