2006-06-09 00:02:35王建明郭泓志 Go! Go!
幹細胞揭秘：利用polycomb與染色質調控發育基因
胚胎幹細胞(embryonic stem cell、ES)和一般細胞最大的不同在於幹細胞可以無限制地進行細胞分裂、而且可以分化(differentiate)成為身體各種組織的細胞。癌細胞也可以無限制地分裂，但是一般身體細胞只能進行有限代數的細胞分裂。而且身體細胞一旦成為某一種組織(如肌肉細胞)，就沒辦法再次分化成為另一種組織的細胞(例如白血球)。
四月份生物學家在細胞(Cell)和自然(Nature)雜誌上發表的三篇論文揭露了幹細胞之所以能夠保有無限制分裂能力的秘密。麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 和生物醫學白頭研究院(Whitehead Institute for Biomedical Research)的數名研究人員發現(Lee TI et al, Cell, Vol 125, 301-313, 2006)一群被稱為polycomb的蛋白質會抑制細胞內與發育有關的基因，以便讓幹細胞保持在未分化的階段(undifferentiated state)。從果蠅到人的許多種生物的發育，polycomb蛋白質群都佔有極重要的角色。Polycomb蛋白質屬於轉錄抑制蛋白 (transcriptional repressor)，透過調控染色質(chromatin、包圍在DNA外的蛋白質群)來調節基因表現，已知polycomb和幹細胞的多能性 (pluripotent，指能分化成各種組織的能力)有關，但是科學家還不知道polycomb調控那些基因。
這些研究者從人類幹細胞三十億個DNA序列中找出和polycomb抑制複合物(polycomb repressive complex 2、PRC2)中的Suz12會結合(bind)的所有基因，Suz12是一種polycomb蛋白質。經過特殊處理，讓有染色標定的Suz12能夠緊緊地與其標的基因(target gene)黏在一起，即使幹細胞被打破，兩者也不會分散。然後研究者將幹細胞打破，將所有基因放在一片含有所有人類基因的DNA檢測用晶片(chip) 上。因為DNA會和與自己序列互補的DNA形成配對(A和T配對，G和C配對，因此ACATGG會找TGTACC配對)，因此透過追蹤被染色的 Suz12，研究者可以找出所有會和Suz12結合的基因。同一研究群也利用老鼠的幹細胞來研究與PRC1(polycomb repressive complex 1)和PRC2等polycomb抑制複合物蛋白質結合的基因，其結果四月份發表於自然(Nature)雜誌(Boyer L et al, doi:10.1038/nature04733)。研究者發現，不論是在人類或老鼠的胚胎幹細胞中，與polycomb蛋白質結合的數百個基因，絕大多數都與調控細胞及生物體的發育有關，這些基因也大多數和轉錄因子(transcription factor) Oct4, Sox2與Nanog結合。Polycomb蛋白質結合處的染色質也都有甲基化(在H3組織蛋白lys27上有三甲基化trrimethylated)。這些轉錄因子與polycomb蛋白質同心協力讓幹細胞保有能有持續分裂和多能性。
同一期的Cell期刊也刊出哈佛大學(Harvard University)和麻省理工學院研究群的相關發現(Berstein B et al, Cell, Vol 125, 315-326, 2006)。這群研究者發現，染色質(chromatin)與調控老鼠幹細胞的多能(pluripotent)有關。他們發現在與發育有關的重要轉錄因子基因旁都有很多段是沒有任何基因的空白DNA片段，這些片段在演化的過程中很少變異，顯示其有極重要的功能，稱為高保留不轉錄片段(highly conserved noncoding elements、HCNEs)。通常基因的轉錄與否和周遭與DNA結合的染色質中的組織蛋白(histone)甲基化(H3 Lys27 methylation)有很大的關係。他們發現這些發育基因周圍的染色質蛋白質會抑制這些基因的表現，但卻又保有彈性能夠讓這些基因隨時被啟動，他們稱這些區域為雙價區(bivalent domain)。這些雙價區的染色質調控的發育基因很多也被polycomb蛋白質所調控。
這三篇論文提供了幹細胞調控發育相關基因的機制，並初步揭露了幹細胞保持多能性和持續分裂能力的機制，這對於急欲了解幹細胞、並複製以供醫療用途的科學家提供了非常珍貴有用的資訊。
褚志斌 (芝加哥大學博士後研究員)
四月份生物學家在細胞(Cell)和自然(Nature)雜誌上發表的三篇論文揭露了幹細胞之所以能夠保有無限制分裂能力的秘密。麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 和生物醫學白頭研究院(Whitehead Institute for Biomedical Research)的數名研究人員發現(Lee TI et al, Cell, Vol 125, 301-313, 2006)一群被稱為polycomb的蛋白質會抑制細胞內與發育有關的基因，以便讓幹細胞保持在未分化的階段(undifferentiated state)。從果蠅到人的許多種生物的發育，polycomb蛋白質群都佔有極重要的角色。Polycomb蛋白質屬於轉錄抑制蛋白 (transcriptional repressor)，透過調控染色質(chromatin、包圍在DNA外的蛋白質群)來調節基因表現，已知polycomb和幹細胞的多能性 (pluripotent，指能分化成各種組織的能力)有關，但是科學家還不知道polycomb調控那些基因。
這些研究者從人類幹細胞三十億個DNA序列中找出和polycomb抑制複合物(polycomb repressive complex 2、PRC2)中的Suz12會結合(bind)的所有基因，Suz12是一種polycomb蛋白質。經過特殊處理，讓有染色標定的Suz12能夠緊緊地與其標的基因(target gene)黏在一起，即使幹細胞被打破，兩者也不會分散。然後研究者將幹細胞打破，將所有基因放在一片含有所有人類基因的DNA檢測用晶片(chip) 上。因為DNA會和與自己序列互補的DNA形成配對(A和T配對，G和C配對，因此ACATGG會找TGTACC配對)，因此透過追蹤被染色的 Suz12，研究者可以找出所有會和Suz12結合的基因。同一研究群也利用老鼠的幹細胞來研究與PRC1(polycomb repressive complex 1)和PRC2等polycomb抑制複合物蛋白質結合的基因，其結果四月份發表於自然(Nature)雜誌(Boyer L et al, doi:10.1038/nature04733)。研究者發現，不論是在人類或老鼠的胚胎幹細胞中，與polycomb蛋白質結合的數百個基因，絕大多數都與調控細胞及生物體的發育有關，這些基因也大多數和轉錄因子(transcription factor) Oct4, Sox2與Nanog結合。Polycomb蛋白質結合處的染色質也都有甲基化(在H3組織蛋白lys27上有三甲基化trrimethylated)。這些轉錄因子與polycomb蛋白質同心協力讓幹細胞保有能有持續分裂和多能性。
同一期的Cell期刊也刊出哈佛大學(Harvard University)和麻省理工學院研究群的相關發現(Berstein B et al, Cell, Vol 125, 315-326, 2006)。這群研究者發現，染色質(chromatin)與調控老鼠幹細胞的多能(pluripotent)有關。他們發現在與發育有關的重要轉錄因子基因旁都有很多段是沒有任何基因的空白DNA片段，這些片段在演化的過程中很少變異，顯示其有極重要的功能，稱為高保留不轉錄片段(highly conserved noncoding elements、HCNEs)。通常基因的轉錄與否和周遭與DNA結合的染色質中的組織蛋白(histone)甲基化(H3 Lys27 methylation)有很大的關係。他們發現這些發育基因周圍的染色質蛋白質會抑制這些基因的表現，但卻又保有彈性能夠讓這些基因隨時被啟動，他們稱這些區域為雙價區(bivalent domain)。這些雙價區的染色質調控的發育基因很多也被polycomb蛋白質所調控。
這三篇論文提供了幹細胞調控發育相關基因的機制，並初步揭露了幹細胞保持多能性和持續分裂能力的機制，這對於急欲了解幹細胞、並複製以供醫療用途的科學家提供了非常珍貴有用的資訊。
褚志斌 (芝加哥大學博士後研究員)