NCB：靶向代谢酶可维持胚胎干细胞原始态

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2015-11-23 kanzhi      生物谷
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最近一项研究表明，细胞代谢产物改变能够调节生命最早期阶段的胚胎干细胞发育。这项研究将帮助科学家提高应用胚胎干细胞获得新组织和新器官的能力，同时也会促进不孕不育以及癌症等常见病治疗方法的开发。
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相关研究结果发表在国际学术期刊Nature Cell Biology上。
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& v2 T2 t; E3 a! j. `0 C/ }& A' U受精之后，受精卵细胞会沿输卵管移动，并在这一过程中开始分裂形成一些胚胎细胞，这些细胞也叫做胚胎植入前的原始胚胎细胞（naive, ; z, m7 t" b3 }" P9 @3 L/ y. \
pre-implantation embryonic - c! W* `* s, Y- ?/ U* a( L  t% e
cells），每个细胞都具有发育成为任意细胞类型的多能性。当发育中的胚胎进入子宫，它必须植入子宫内膜，才能使得妊娠过程继续发生。上述过程发生之后，naive干细胞就会发生重要转变，在向特定细胞类型分化的过程中迈出第一步，naive干细胞变为primed胚胎干细胞。: x2 O" B4 g" C$ k: k

- J6 _1 u3 y, U5 N* F组织再生领域的科学家们对上述转变特别感兴趣，虽然胚胎植入后的primed胚胎干细胞仍然能够变成任意细胞类型，但是相比于植入前的naive干细胞，primed干细胞更难操作。) H/ S% J9 o& a# f/ G
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之前一项研究对两种干细胞进行了基因表达谱比较，发现了一些与细胞代谢相关的基因在两种细胞中存在差异--在naive细胞中与代谢相关的基因特别是与线粒体功能相关的基因表达水平更高，其中一种可以表达产生尼克酰胺N-甲基转移酶（NNMT）的基因存在显著差异。
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8 b7 J* E& S+ Y: E为了进一步确定这些变化，研究人员利用质谱技术对细胞内的代谢产物水平进行了比较分析，这种方法也叫代谢组学分析。分析之后研究人员发现通过比较细胞内的代谢产物可以实现对naive干细胞和primed干细胞的区分。在naive细胞中富集着一种叫做甲基烟酰胺的代谢产物可以帮助识别naive细胞，而这种代谢产物就是NNMT的催化产物，NNMT在许多癌症中也存在表达增加。
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研究人员发现在naive细胞中NNMT处于活跃状态，它能够降低细胞内甲基基团的水平，而在正常细胞中甲基基团会通过组蛋白甲基化修饰过程调控基因表达，因此NNMT限制了naive细胞内的基因表达。) U- M7 |' G" t' o. V1 \
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另外一方面，primed细胞内的NNMT活性较低，细胞内的甲基基团供体就可以用于组蛋白的甲基化修饰，帮助细胞进入始发状态。研究人员还证明通过CRISPR基因编辑技术调控NNMT活性可以将细胞稳定在原始状态或始发状态。
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/ L3 @5 T! j# v9 B" X总得来说，这项研究对于干细胞在再生医学领域的应用具有非常重要的意义。( G4 `" Z" |" Q

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The metabolome regulates the epigenetic landscape during naive-to-primed human embryonic stem cell transition