如何维持胚胎干细胞的无限潜能?

胚胎干细胞(ESCs)具有完全的潜能,其能够转化成为机体任何一种类型的细胞,一旦其开始沿着某一特定的路径转化成为某种特定的组织,胚胎干细胞就会失去无限的潜能,如今科学家们尝试理解这一过程发生的方式和原因,旨在开发新型再生疗法,即诱导机体自身的细胞替代受损或疾病的器官。

近日,一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中,来自索尔克研究所的科学家们通过研究开发了一种新型蛋白复合体,其能抑制干细胞的发展,从而使其能够维持无限的潜能;这种名为GBAF的复合体或有望作为后期科学家们开发新型再生医学疗法的潜在靶点。

研究者Diana Hargreaves教授表示,这项研究中,我们始于对胚胎干细胞多能性的探索,这种多能性能够促进胚胎干细胞转化成为机体中任何一种类型的细胞,阐明控制干细胞多潜能性的多种基因网络非常重要,因此能够找到一种在这一调节过程中扮演关键角色的未知蛋白,对于研究者而言也是非常有意义的。机体中的每一个细胞都有着相同的一套DNA元件,其包含有制造每一种可能性细胞类型的指令;大型的蛋白复合体(染色质重塑器)能够激活或沉默基因的表达,指导胚胎干细胞进入到一种特殊的路径中,就好比一群计划装修房子的承包商们,这些蛋复合体也包含有多重亚单位,不同亚单位的组合就能够改变DNA的物理形状,并且决定哪些基因能够指挥干细胞分化成为肺部细胞或大脑细胞。

文章中,研究人员想通过研究深入理解这些亚单位的聚集方式以及特殊的亚单位如何指挥蛋白复合体的功能,因此研究人员转向对一种名为BRD9的蛋白进行研究,该蛋白与BAF染色质重塑器家族有关,他们推测该蛋白或是其中的一种亚单位;随后研究者将BRD9化学抑制剂应用于胚胎干细胞中,并进行了一系列实验来全面分析与BAF复合体活性改变相关的细胞多潜能性。

研究者发现,BRD9能扮演胚胎干细胞发育制动器的角色,当BRD9开始发挥作用时,细胞就会维持多潜能性,而当BRD9的活性被抑制时,细胞就会开始发育的下一个阶段,随后研究者鉴别出了哪种BAF复合体能在细胞中发挥作用,结果表明,BRD9或许是一种未知BAF复合体的一部分。

最后,研究者Jovylyn Gatchalian说道,这项研究中我们在胚胎干细胞中发现了一种新型的BAF复合体;这项研究中,研究人员在BAF复合体单一突变体的水平下发现了生物化学多样性的存在,这或许能够帮助进行更为广泛的监管控制功能。理解这种控制作用的复杂性对于后期开发多种疾病的再生医学疗法至关重要。

原始出处:Jovylyn Gatchalian, Shivani Malik, Josephine Ho, et al. A non-canonical BRD9-containing BAF chromatin remodeling complex regulates naive pluripotency in mouse embryonic stem cells, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-07528-9

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