此前研究表明,癌症的发生与细胞在分化成熟过程中选择了错误的发育通路有关,而组织细胞如何从干细胞正确地进行分化的基本机制尚未完全被阐明。近日,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院和西奈山伊坎医学院的研究人员提出干细胞分化为心肌细胞的路径和能力受到细胞核中特定区域DNA的控制。
基因组的一些区域是无法表达的,因为它们被紧密地包裹在细胞核的内膜(即核纤层)上,这些被隔离和沉默的DNA区域被称作核纤层蛋白结合区域(lamin associated domains, LAD)。该研究提示这些位于细胞核边缘的特定DNA沉默区域有助于确定干细胞分化为特定细胞的身份。当LAD让神经元基因保持沉默而不表达的话,那么这种细胞就不会成为神经元,相反地,如果心脏细胞基因被释放出来而能够表达,就像在心脏发育过程中发生的那样,那么这些细胞就变成心肌细胞。Rajan Jain博士说,“我们的研究提示干细胞变成另一种细胞类型所必需的关键基因和程序被储存在难以接近的区域中,一种细胞若要保持它的身份则需抑制其变成其他的细胞身份。”该研究发现,一种被称作组蛋白去乙酰化酶(Hdac3)的表观遗传酶将DNA附着到细胞核边缘上,当研究人员在心脏细胞分化期间移除干细胞中的Hdac3时,它们会释放含有心脏特异性基因的DNA区域,允许这些基因被激活,从而导致过早过快的细胞分化。
Rajan Jain博士表示,控制干细胞如何快速分化为心肌细胞或其他类型细胞的能力将对再生医学产生重要影响。通过确定处于细胞核边缘的基因组区域或者让它们保持其分子固定物将有可能应用于因遗传性的核纤层异常附着导致的其他疾病,如肌肉萎缩症、心力衰竭。