细胞编程与重编程中的表观遗传调控.docx
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1、细胞编程与重编程中的表观遗传学调控表观遗传指的是在不改变基因组DNA 序列的前提下,影响和调节基因的表达和功能的发挥,并且这种改变可以在细胞增殖和个体发育过程中发生稳定遗传1。近几年随着生命科学研究的不断深入,表观遗传学的研究手段也得到了日新月异的发展,与之相关的研究领域日益拓宽。表观遗传学的主要内容分为基因转录过程的调控和基因转录后的调控两部分。前者主要研究作用于亲代的环境因素造成子代基因表达方式改变的原因,包括DNA甲基化(DNA methylation),组蛋白共价修饰(histone covalent modification),染色质重塑(chromatin remodeling),
2、基因沉默(gene silencing)和RNA编辑(RNA editing)等2;后者主要研究RNA 的调控机制,包括基因组中的非编码RNA(non-coding RNA)、微小RNA(miRNA)、反义RNA(antisense RNA)、核糖开关(riboswitch)等3。表观遗传学调控广泛参与多种正常以及病理状态下的生物学过程。如:发育过程中的细胞编程、细胞的重编程、肿瘤的发生发展(肿瘤干细胞)、精神类疾病、心血管疾病、代谢综合征、免疫性疾病、衰老等等4-6。而发育分化调控机制一直是生命科学研究中最重要的问题之一,发育生物学的首要研究内容就是探讨细胞如何定向分化(细胞编程-cellu
3、lar programming)7。近年来,干细胞尤其是胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES细胞)的体外定向诱导分化为发育生物学的研究提供了良好的模型8。除了正向细胞分化外,终末分化的细胞逆转为原始的多能,甚至是全能干细胞这一细胞重编程过程(cellular reprogramming)9,为更深入地研究发育分化提供新的思路和方向。细胞编程与重编程调控机制的探讨与阐明将使人们有望早日实现干细胞用于临床组织器官修复与再生的梦想,有助于人们对疾病发生机制的明确以及新的疾病诊治药物的开发,因此具有重要的理论和实际意义10。越来越多的研究表明表观遗传学在细胞编程与重编程中扮演着
4、至关重要的角色。R e i k提出“发育的过程实际上就是表观遗传学发挥作用的过程”1。在具有多向分化潜能的干细胞阶段,决定细胞分化和成熟的系列基因由于受到表观遗传学的修饰而沉默,其中包括组蛋白的去乙酰化、基因启动子区域的高甲基化等11。随着多能干细胞向成熟细胞分化,这些基因由于组蛋白乙酰化或者DNA 的去甲基化而开始表达,与此相反的是,许多在干细胞早期发育阶段表达的印迹基因或多能相关基因却由于DNA 高甲基化等原因在成熟体细胞中向沉默转归12。体细胞经过重编程成功诱导为iPS细胞无疑是目前干细胞生物学研究领域最为激动人心的进展,探讨iPS 的重编程机制无疑是科学家们进一步研究的热点,而作为在干
5、细胞发育与分化中具有重要作用的表观遗传学在重编程过程中扮演着重要角色。目前研究细胞编程/重编程过程中的表观遗传学调控的手段主要有以下几种:1、大规模筛选的测序技术,如甲基化测序、乙酰化测序、miRNA/LncRNA测序等等13;2、研究候选基因表观遗传修饰的定点PCR 、EMSA以及染色质免疫共沉淀(chromatin-immunoprecipitation,CH-IP)等等14;3、研究染色质结构的实时荧光标记技术等15。随着研究手段的不断更新,对于细胞编程/重编程过程中的表观遗传学调控的机制也愈发清楚。有理由相信,细胞的编程与重编程某种程度上等同于细胞内表观遗传的编程与重编程。参考文献1.
6、Hemberger M, Dean W, Reik W. Epigenetic dynamics of stem cells and cell lineage commitment: digging Waddingtons canal. Nat Rev Mol Cell Biol 2009; 10(8): 526-37.2.Cantone I, Fisher AG. Epigenetic programming and reprogramming during development. Nat Struct Mol Biol 2013; 20(3): 282-9.3.Amit I, Winte
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- 关 键 词:
- 细胞 编程 中的 表观 遗传 调控