PNAS：細胞在重編程過程中難以完全改變身份的原因

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-09-25 14:10:00【大中小】

摘要：一項新的研究表明，對特化細胞進行重新編程以成為不同類型的細胞。

一項新的研究表明，對特化細胞進行重新編程以成為不同類型的細胞，這是再生醫學的一個關鍵過程，面臨著一個重大障礙。挑戰在于細胞的DNA甲基化模式，這就像細胞的“記憶”標記。這項研究表明，這些模式經常阻止重編程細胞完全接受它們的新身份，限制了它們對長期治療的有效性。這項研究為這些限制提供了新的見解，并有助于開發更好的醫學應用中的細胞轉化方法。

希伯來大學的Yosef Buganim教授和Howard Cedar教授以及賓夕法尼亞大學的Ben Stanger教授領導的一項新研究發表在《美國國家科學院院刊》上，該研究為將一種特化細胞轉化為另一種特化細胞的挑戰提供了新的視角，這是再生醫學進步的關鍵過程。盡管最近取得了進展，但研究人員發現，維持重編程細胞新身份的一個關鍵障礙在于它們原來的DNA甲基化模式——這是定義細胞身份的關鍵標記。

圖1 轉分化發生時不會重置發育特異性DNA甲基化是全功能細胞身份的關鍵決定因素

細胞重編程通常通過一種被稱為反分化的過程來實現，它使科學家能夠將細胞轉化為不同類型的細胞，例如將皮膚細胞轉化為心臟細胞。雖然這些轉化最初看起來是成功的，但隨著時間的推移，新重新編程的細胞往往不能保持它們的新身份。結果呢?這些細胞的行為與目標細胞類型只有部分相似，限制了它們在長期治療或治療應用中的應用。

為了更好地理解這個問題，研究人員開發了一種新的方法來分析細胞轉化過程中DNA甲基化的變化。DNA甲基化是一種化學過程，有助于調節細胞中哪些基因活躍，作為一種細胞記憶，鎖定細胞的身份。通過研究實驗室培養的細胞和動物組織中直接細胞轉化的各種模型，研究小組發現，盡管細胞可能開始看起來和表現得像它們的新類型，但它們保留了原來的DNA甲基化模式。

“盡管基因表達發生了重大變化，但重新編程的細胞無法完全消除其原始發育指令。這限制了他們完全接受新角色的能力”。

該研究表明，嵌入在DNA調控區域的發育限制阻止了細胞重新設置這些模式。因此，重新編程的細胞無法成為其預期類型的完全功能版本。

“這一發現為理解完成細胞重編程的分子障礙開辟了新的途徑，”Cedar教授補充說。“這也使我們更接近于找出如何克服這些障礙，這可能對未來的醫學應用產生重大影響，包括組織再生和疾病建模。”

這些發現標志著細胞重編程領域邁出了重要的一步，為未來基于細胞的治療提供了如何實現穩定和功能性細胞轉化的關鍵見解。

參考資料

[1] Transdifferentiation occurs without resetting development-specific DNA methylation, a key determinant of full-function cell identity