中科院广州生物院揭示细胞命运变化中染色质开关规律

科学网广州12月8日电(记者朱汉斌、通讯员黄伯荪)今天，国际知名学术期刊《细胞干细胞》发表了中国科学院广州生物医学与健康研究所研究员裴端庆、陈洁凯课题组的最新研究成果。据报道，研究小组通过对干细胞命运诱导过程的研究发现，细胞命运的转换也遵循二元规律。

信息时代是由计算机语言的二进制代码(0-1)驱动的。二进制0和1演绎出一个丰富多彩的虚拟世界，包括流行的人工智能人工智能。那么，生命科学中有类似的0-1二进制代码吗？通过对染色质开放和关闭的研究，科学家发现当体细胞被诱导成干细胞时，在与细胞变化相关的染色质位置上有一个基本的“开关”调节逻辑。在这个逻辑系统下，科学家们阐述了干细胞诱导的机制。

DNA包含生物个体的所有遗传信息，但是如何读取这些信息是生命科学面临的基本科学问题之一。在过去的10年里，全世界的科学家都在研究这个奇妙的过程，所获得的结果极大地丰富了人类对细胞命运调节的理解。然而，目前对这一过程的理解主要是基于对变化现象的观察，并没有从中抽象出普遍的逻辑或规律。

在这项研究中，研究人员使用ATAC序列技术来读取染色质的“开”和“关”状态。通过测量体细胞向多能干细胞转化过程中每个染色质位点的开放程度，定义了整个基因组中每个位点从封闭到开放和从开放到封闭的全息动态过程。这些数据证实了一个相对简单和通用的一氧化碳/一氧化碳逻辑系统。

研究发现，在转化过程中，早期成纤维细胞的许多特定开放位点将迅速关闭，而许多多能位点将在晚期重编程时开放。科学研究小组认为转换事件与转录因子活性直接相关，因此对一氧化碳/一氧化碳位点的基序(基序)进行了深入分析。分析发现，重编程因子OCT、SOX和KLF的基序(基序)在一氧化碳位点显著富集，这与重编程因子OCT 4/SO4 X2/KLF一致，但一氧化碳过程非常缓慢。在更快的OC过程中，强成纤维细胞特异性转录因子，如AP-1、ETS、TEAD、RUNX和其他家族成员，在OC位点被特异性富集，而没有重编程因子如OCT，这证明体细胞相关染色质关闭(OC)过程是OCT、SOX、KLF独立的过程。

进一步的研究发现，与染色质闭合过程相关的因素是体细胞重编程的重要障碍。那么，组委会关闭这些网站的流程优势是如何发挥作用的呢？通过进一步筛选，发现表观修饰基因Sap30在体细胞重编程早期被重编程因子激活，成纤维细胞关键基因的启动子区通过促进启动子区脱乙酰化修饰而逐渐关闭，最终成纤维细胞的关键调控基因被沉默以促进重编程过程。这部分研究结果首次揭示了体细胞重编程过程中染色质结构的动态变化规律——一氧化碳/一氧化碳逻辑，为理解体细胞重编程及其他相关细胞命运变化提供了新的理论模型。

基本的规则是在体细胞的重编程过程中发现的。其概念应用价值可能包括人体的发育过程，以及一些病理过程。例如，癌变过程大多伴随着胚胎样基因的异常表达，从而导致癌细胞“忘记”它们的位置和功能。如果能发现正常细胞转化为癌细胞早期的染色质变化，就能及时诊断和预防癌症。在发育水平上，阐明不同功能细胞发育过程中的一氧化碳/一氧化碳逻辑，将极大地促进干细胞领域的发展，有助于在体外获得能够修复衰老受损器官和组织的功能细胞，从而实现更广泛的组织再生和器官重建。