Cell Stem Cell：人胚胎干细胞甲基化新认识

tian2006

来源：生物谷 2016-02-13 11:21) d; `6 ?. [3 u# M. @) |

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被干细胞表面标志物(绿色)包围的活化人胚胎干细胞(紫色)，这些标志物在初始胚胎干细胞中缺失了。图片来自美国加州大学洛杉矶分校。

2016年2月11日/生物谷BIOON/--在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校伊莱和伊迪特-布罗德再生医学与干细胞研究中心的研究人员发现人胚胎发育中的一种重要的自然发生过程，而在实验室中获得胚胎干细胞时，这一过程丢失了。相关研究结果于2016年2月4日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Naive Human Pluripotent Cells Feature a Methylation Landscape Devoid of Blastocyst or Germline Memory”。
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这一发现为科学家们提供了关于产生用于再生医学(如细胞移植或器官再生)的干细胞最好方法的至关重要的信息。这一发现也有助于人们对从未受精卵传递到胚胎中的信息如何可能影响胚胎的质量，以及随后的健康婴儿出生产生深刻认识。
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在这项研究中，研究人员着重研究早期的胚胎中和胚胎内产生的干细胞中的DNA甲基化，其中DNA甲基化是一种DNA中自然发生的生化过程。- ], E0 \  L' X7 \! G7 P
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DNA甲基化在基因信息如何在体内使用中发挥着作用。特定基因的正确DNA甲基化在正常的人体发育中起着至关重要的作用，而且它也在人一生中维持健康细胞中一直发挥着至关重要的作用。它也有助于维持胚胎干细胞在体内分化为任何一种细胞的能力。
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0 Q; ?' S* n' |. _& w研究人员获得了关于DNA甲基化的两项重要发现。首先，他们发现早期阶段的胚胎，即胚泡(blastocyst)，在受精后至少6天时间内保持来自卵子的DNA甲基化谱。在之前的研究中，科学家们曾认为来自卵子的甲基化记忆在受精后只能保持几个小时。$ E' g, L+ u, B7 J- G

) a2 _+ R; D( o/ t* T& `论文通信作者、加州大学旧金山分校教授Amander Clark说，“我们知道受精后的6天时间在人体发育中起着非常关键的作用，很多变化都是这段时间内发生的。目前而言，仍不清楚胚泡为何在这段时间内保持甲基化或它起着什么作用，但是这一发现人们打开新的研究领域：研究卵子中形成的甲基化谱如何影响胚胎质量和健康婴儿出生。”
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研究人员的第二项发现揭示出利用一种最近开发出的方法来盘碟中获得来自胚胎的干细胞会导致甲基化丢失。9 W* {; @) F# @# Q

( P! F7 T6 B! q4 e. D在早期胚胎中，胚胎发育的胚泡阶段持续不到5天的时间。存在于胚泡发育初期的远没有成熟的人胚胎细胞被称作初始胚胎细胞(naïve embryonic stem cell)。人们认为在植入期间，这些初始胚胎细胞到达一种更为成熟的状态。它们随后被称作活化胚胎干细胞(primed embryonic stem cell)，这是它们作好准备变成体内任何一种细胞类型。( p5 j/ X/ g' I" \
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在首次获得人胚胎干细胞的1988年，科学家们使用一种产生活化胚胎干细胞的方法。在此之前，这是一种标准方法。直到最近，科学家们开始一种不同的方法来保持这种初始胚胎干细胞状态。; ?' z% S/ ?: Z7 x! M1 k

- S" p* x* g- W7 ZClark说，“在过去三年，初始胚胎干细胞一直被视为潜在由于活化胚胎干细胞。但是我们的数据证实在体外获得胚胎干细胞的原始方法导致细胞出现问题，如DNA重要位置上的甲基化丢失。因此，在我们有办法产生处更加稳定的初始胚胎干细胞之前，产生用于再生医学的胚胎干细胞还是应当处于活化状态以便获得最高质量的细胞用于分化。”
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  b9 E3 k4 r; i/ Y3 A5 C+ a" H1 u5 t为了进一步开展这项研究，研究人员将继续携手确定产生初始胚胎干细胞的最佳条件，在此条件下，这些干细胞更加稳定，并且保持基因组中最需要地方的甲基化状态。
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doi:10.1016/j.stem.2016.01.019) I; f0 S9 l- T+ c8 ~$ a; h
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Naive Human Pluripotent Cells Feature a Methylation Landscape Devoid of Blastocyst or Germline Memory, @% E% w* Y* ?5 M$ X1 @$ {) j2 p9 b

; e+ A5 @. H' M- F4 x# r, H' eWilliam A. Pastor1, 5, Di Chen1, 5, Wanlu Liu1, 5, Rachel Kim3, Anna Sahakyan2, Anastasia Lukianchikov1, Kathrin Plath2, 3, Steven E. Jacobsen1, 2, 3, 4, , , Amander T. Clark1, 33 t5 L1 ^' h2 E% F) S$ R& {
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Human embryonic stem cells (hESCs) typically exhibit “primed” pluripotency, analogous to stem cells derived from the mouse post-implantation epiblast. This has led to a search for growth conditions that support self-renewal of hESCs akin to hypomethylated naive epiblast cells in human pre-implantation embryos. We have discovered that reverting primed hESCs to a hypomethylated naive state or deriving a new hESC line under naive conditions results in the establishment of Stage Specific Embryonic Antigen 4 (SSEA4)-negative hESC lines with a transcriptional program resembling the human pre-implantation epiblast. In contrast, we discovered that the methylome of naive hESCs in vitro is distinct from that of the human epiblast in vivo with loss of DNA methylation at primary imprints and a lost “memory” of the methylation state of the human oocyte. This failure to recover the naive epiblast methylation landscape appears to be a consistent feature of self-renewing hypomethylated naive hESCs in vitro.
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