《Nature》表觀遺傳修飾成功將星形膠質(zhì)細(xì)胞重編程為腦干細(xì)胞

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2024-09-06 13:27:00【大中小】

摘要：科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)針對小鼠的研究，強(qiáng)調(diào)了表觀遺傳變化如何使腦干細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間產(chǎn)生差異。

先前的研究發(fā)現(xiàn)，休眠的腦干細(xì)胞和正常的星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的基因表達(dá)相似，盡管它們具有非常不同的功能。德國癌癥研究中心(DFKZ)和海德堡大學(xué)的科學(xué)家們對星形膠質(zhì)細(xì)胞表觀遺傳變化的新研究有助于解釋這是如何可能的。這項(xiàng)工作的細(xì)節(jié)發(fā)表在《Nature》雜志上，題為“DNA甲基化控制健康和缺血時(shí)星形膠質(zhì)細(xì)胞的干性”。

大多數(shù)星形膠質(zhì)細(xì)胞支持大腦中的神經(jīng)細(xì)胞。腦干細(xì)胞是一種特殊類型的星形膠質(zhì)細(xì)胞，可以分化成各種腦細(xì)胞。通過對小鼠的實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦中血液供應(yīng)的缺乏會從表觀遺傳學(xué)上將星形膠質(zhì)細(xì)胞重新編程為腦干細(xì)胞，而腦干細(xì)胞隨后會產(chǎn)生神經(jīng)祖細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)對再生醫(yī)學(xué)具有啟示意義。他們認(rèn)為星形膠質(zhì)細(xì)胞可能被重新編程以取代受損的神經(jīng)細(xì)胞。

圖1 DNA甲基化控制健康和缺血星形膠質(zhì)細(xì)胞的干性

在論文中，研究人員解釋了他們是如何研究兩種神經(jīng)細(xì)胞類型之間的聯(lián)系的。他們從心室-室下區(qū)(vSVZ)分離出普通的星形膠質(zhì)細(xì)胞和腦干細(xì)胞，vSVZ是成年小鼠大腦中具有年輕神經(jīng)元的區(qū)域。他們分析了基因表達(dá)數(shù)據(jù)以及細(xì)胞中甲基化的模式。他們注意到，腦干細(xì)胞有一種獨(dú)特的甲基化模式，使它們與其他星形膠質(zhì)細(xì)胞區(qū)別開來。

具體來說，“腦干細(xì)胞中的某些基因被去甲基化，否則這些基因只會被神經(jīng)前體細(xì)胞使用。這使得腦干細(xì)胞能夠激活這些基因，以便自己產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞，”DFKZ的博士生、當(dāng)前出版物的第一作者Lukas Kremer解釋說。正常的星形膠質(zhì)細(xì)胞具有DNA甲基化阻斷這一途徑的基因。

接下來，研究人員探索甲基化是否可以用于將vSVZ外大腦區(qū)域的星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腦干細(xì)胞。如果可能的話，這將是“再生醫(yī)學(xué)修復(fù)大腦受損區(qū)域的重要一步”，DKFZ的小組組長、該研究的主要研究人員之一Ana Martin-Villalba博士指出。“專門改變甲基化譜的技術(shù)可能代表了一種產(chǎn)生新神經(jīng)元和治療神經(jīng)疾病的新治療方法。”

圖2 成年NSC譜系的單細(xì)胞三組學(xué)

研究小組從先前對中風(fēng)或腦損傷等疾病的研究中了解到，當(dāng)大腦的血液供應(yīng)被切斷時(shí)，新神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量會增加。為了研究甲基化的改變是否參與了這一過程，他們在短時(shí)間內(nèi)切斷了小鼠大腦的血液供應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)具有典型干細(xì)胞甲基化特征的星形膠質(zhì)細(xì)胞甚至存在于vSVZ外，以及更多的神經(jīng)祖細(xì)胞。

“血液供應(yīng)的缺乏顯然會導(dǎo)致大腦某些區(qū)域的星形膠質(zhì)細(xì)胞重新分配DNA上的甲基標(biāo)記，從而使它們的干細(xì)胞程序變得容易獲得。然后，重新編程的細(xì)胞開始分裂，形成新的神經(jīng)元的前體，”海德堡項(xiàng)目小組組長、該研究的主要研究人員之一Simon Anders博士說。如果我們能更好地理解這些過程，我們或許能在未來專門刺激新神經(jīng)元的形成。例如，中風(fēng)后，我們可以增強(qiáng)大腦的自我修復(fù)能力，這樣損傷就可以修復(fù)。”

參考資料

[1] Global impact of unproductive splicing on human gene expression