Nat Commun：揭示胚胎干细胞分化成机体成熟细胞的机制

近日，来自耶路撒冷希伯来大学的研究者揭示，胚胎干细胞可以不确定地更新自身细胞并且可以分化成为所有类型的成熟细胞。解决了现代生物学中的一大难题，研究者们便可以加速将胚胎干细胞应用于细胞治疗以及再生药物的设计中。研究中研究者Eran通过结合分子生物学、显微技术以及遗传学的方法；而另外一组研究者运用针对胚胎干细胞的表观遗传学方法，相关研究成果刊登在了国际著名杂志Nature Communications上。

表观遗传学的分子基础就是染色质，当然了染色质由DNA和调节蛋白质组成，研究者发现在胚胎干细胞中染色质是低浓缩状态的，这无疑就允许胚胎干细胞具有灵活性以及功能可塑性，并且去转变成任何成熟的细胞。

染色质结构蛋白的化学修饰的特定模式（包括组蛋白的乙酰化和甲基化修饰）可以使得胚胎干细胞中的染色质更加的可塑以及松动。在干细胞分化的早期阶段，这种样式的改变容易使得染色质变得收缩。更为有意思的是，研究者发现了一种和核纤层蛋白A，在所有的分化细胞类型中，核纤层蛋白A都可以结合在染色质紧密的结构域上，并且锚定染色质至细胞的核被膜。核纤层蛋白A在胚胎干细胞中是缺失的，这就促成了细胞核中更多空闲的染色质。研究者坚信，染色质的可塑性与其功能的可塑性是等值的，理解调节染色质功能的机制未来或可使得我们对胚胎干细胞进行智能化的操作。

如果我们使胚胎干细胞这种可塑性得到应用，那么我们将会增加或者减少结合DNA蛋白质的动态，并且可以增加或者减少细胞的分化潜能。而且未来我们可以使得胚胎干细胞的用于基因治疗和再生医学中，尤其是在实验室中培育出特定的组织植入人体，治疗诸如阿尔兹海默症、帕金森等疾病。

编译自：Researchers identify mechanisms that allow embryonic stem cells to become any cell in the human body

doi:10.1038/ncomms1915
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PMID:

Histone modifications and lamin A regulate chromatin protein dynamics in early embryonic stem cell differentiation

Shai Melcer,1 Hadas Hezroni,1 Eyal Rand,2 Malka Nissim-Rafinia,1 Arthur Skoultchi,3 Colin L. Stewart,4, 5 Michael Bustin2 & Eran Meshorer1

Embryonic stem cells are characterized by unique epigenetic features including decondensed chromatin and hyperdynamic association of chromatin proteins with chromatin. Here we investigate the potential mechanisms that regulate chromatin plasticity in embryonic stem cells. Using epigenetic drugs and mutant embryonic stem cells lacking various chromatin proteins, we find that histone acetylation, G9a-mediated histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation and lamin A expression, all affect chromatin protein dynamics. Histone acetylation controls, almost exclusively, euchromatin protein dynamics; lamin A expression regulates heterochromatin protein dynamics, and G9a regulates both euchromatin and heterochromatin protein dynamics. In contrast, we find that DNA methylation and nucleosome repeat length have little or no effect on chromatin-binding protein dynamics in embryonic stem cells. Altered chromatin dynamics associates with perturbed embryonic stem cell differentiation. Together, these data provide mechanistic insights into the epigenetic pathways that are responsible for chromatin plasticity in embryonic stem cells, and indicate that the genome's epigenetic state modulates chromatin plasticity and differentiation potential of embryonic stem cells.