科学家已经采取措施来揭示“干细胞性质”的奥秘:将对是什么促使胚胎干细胞(ES)能无休止地复制并保持其演变成为任何种类人体细胞的潜能作出解释。

近期《细胞》和《自然》杂志上发表的论文称,保持干细胞特性的关键因素是称为多冠状聚合蛋白质的分子。美国麻省理工学院(MIT)和剑桥怀特黑德生物医学研究所的研究小组报道,这些蛋白质和其他蛋白质协同作用以抑制大部分调节基因(调节基因的蛋白质启动起关键作用的发育基因),使胚胎干细胞保持处于未分化状态。

已知多冠状聚合蛋白质在诸如果蝇和人等不同生物体的发育上,都具有关键性的抑制基因的作用。现在研究人员已经对这种作用追溯到最早期的发育阶段。上述2篇论文的作者鲁道夫 · 贾尼斯(Rudolf Jaenisch)称,这些蛋白质是“发育的基础成份”。论文的合作者理查德 · 扬(Richard Young)补充说:“这是重要的一步,可使我们进一步接近描绘出胚胎干细胞的调节通路。干细胞的调节通路构成了人类调节通路的基础。”在《细胞》杂志的研究论文中,研究人员观察了人类基因组中所有30亿对碱基,并且确认了胚胎干细胞中多冠状聚合蛋白质Suz12所连接的每一个基因。他们对胚胎干细胞进行处理,使Suz12即使在细胞裂开后仍然保持对DNA靶标的连接,然后他们把细胞的内含物放置到含有代表所有人类基因组的DNA的芯片上。DNA序列粘附到Suz12,与芯片的相应序列连结,从而揭示了它们的身份。科学家还在《自然》杂志上报道了采用Suz12和3种其他多冠状聚合蛋白质对小鼠胚胎干细胞所做的类似研究。

这两项研究确认了数百个多冠状聚合蛋白质所定向作用的基因。理查德 · 扬指出,后期发育中启动运作的大多数调节基因“都受到多冠状聚合蛋白质的抑制”。许多这些不作用的调节基因也受胚胎干细胞转录因子Oct4、Sox2和Nanog的制约。贡尼斯阐述说:“这2套蛋白质的共同作用使胚胎干细胞保持了它的多功能和自我更新性能。”普林斯顿大学的干细胞科学家伊尔 · 勒米斯克(Ihor Lemischka)说:“这些论文确实令人振奋,因为它们指出了干细胞研究迈上一个新台阶的道路。”理查德 · 扬还认为,多冠状聚合蛋白质新的更全面的图像可以帮助科学家去引导胚胎干细胞基因的表达,促使细胞群发育成为诸如神经元或分泌胰岛素的胰腺细胞等所需要的细胞类型。

《细胞》杂志同一期上还发表了哈佛大学和麻省理工学院布罗德研究所埃里克 · 兰德(Exic Lander)的报告,该报告强调了染色质(包裹在DNA周围的蛋白质)在保持小鼠胚胎干细胞的多种功能性上的重要性。布拉德利 · E · 伯恩斯坦(Bradley E · Bernstein)领导的研究小组发现,靠近基因的某些染色质对发育起重要作用,它们既可抑制这些基因,又可以同时使它们在受激活时保持平稳。这些染色质特性对众多由多冠状聚合蛋白质所靶向作用的同样的调节基因实施控制。

新泽西州罗格斯大学分子生物学家文森泽 · 佩罗塔(Vincenzo Perotta)认为,这3篇论文对于是什么使胚胎干细胞保持了其功能性提供了丰富而详实的信息。这些论文表明,多冠状聚合蛋白质和干细胞转录因子是连接在许多常见的基因上的;而伯恩斯坦的论文论述了被这些因子抑制的基因又如何最终被激活的。

佩罗塔指出,总而言之,上述论文已经确定了哪些是重要角色以及何处是作用的场所,这是弄明白干细胞作用的根源所必需加以研究的。