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(fā)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(yī)學(xué)的一個關(guān)鍵過程，面臨著一個重大障礙。挑戰(zhàn)在于細胞的DNA甲基化模式，這就像細胞的“記憶”標(biāo)記。這項研究表明，這些模式經(jīng)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(fā)更好的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的細胞轉(zhuǎn)化方法。

希伯來大學(xué)的Yosef Buganim教授和Howard Cedar教授以及賓夕法尼亞大學(xué)的Ben Stanger教授領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，該研究為將一種特化細胞轉(zhuǎn)化為另一種特化細胞的挑戰(zhàn)提供了新的視角，這是再生醫(yī)學(xué)進步的關(guān)鍵過程。盡管最近取得了進展，但研究人員發(fā)現(xiàn)，維持重編程細胞新身份的一個關(guān)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(guān)鍵標(biāo)記。

圖1 轉(zhuǎn)分化發(fā)生時不會重置發(fā)育特異性DNA甲基化是全功能細胞身份的關(guān)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(xiàn)，它使科學(xué)家能夠?qū)⒓毎D(zhuǎn)化為不同類型的細胞，例如將皮膚細胞轉(zhuǎn)化為心臟細胞。雖然這些轉(zhuǎn)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(jié)果呢?這些細胞的行為與目標(biāo)細胞類型只有部分相似，限制了它們在長期治療或治療應(yīng)用中的應(yīng)用。

為了更好地理解這個問題，研究人員開發(fā)了一種新的方法來分析細胞轉(zhuǎn)化過程中DNA甲基化的變化。DNA甲基化是一種化學(xué)過程，有助于調(diào)節(jié)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(yǎng)的細胞和動物組織中直接細胞轉(zhuǎn)化的各種模型，研究小組發(fā)現(xiàn)，盡管細胞可能開始看起來和表現(xiàn)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(fā)生了重大變化，但重新編程的細胞無法完全消除其原始發(fā)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(diào)控區(qū)域的發(fā)育限制阻止了細胞重新設(shè)置這些模式。因此，重新編程的細胞無法成為其預(yù)期類型的完全功能版本。

“這一發(fā)現(xiàn)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(yī)學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，包括組織再生和疾病建模。”

這些發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著細胞重編程領(lǐng)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(xiàn)穩(wěn)定和功能性細胞轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵見解。

參考資料

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


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