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驅動人類胚胎干細胞行為的核心遺傳網絡研究
點擊次數：964 發布時間：2021-11-24
在人類胚胎發育的最早期階段，一小部分稱之為人類胚胎干細胞（hESCs）的細胞就會協調生長和分化，最終產生高度特異化的人類組織；作為多潛能細胞（機體中每種細胞類型的祖細胞），hESCs是發育和再生生物學家非常感興趣研究的細胞類型，此前研究人員識別出了驅動hESC的多種基因，但直到最近研究人員才開發出能研究這些基因相關活動的工具。來自布萊根婦女醫院等機構的科學家們利用全基因組遺傳篩查技術，在hESCs中過表達并失活了數以萬計的基因，結果他們發現了一種能同時控制細胞多能性和細胞凋亡準備狀態的關鍵網絡，從而就能幫助確保胚胎發育的最佳條件；相關研究結果或能為癌癥遺傳學研究提供新的見解，并為再生醫學研究提供新的方法。
研究者Kamila Naxerova說道，我們所開發的方法或能幫助創建一個針對人類基因組中幾乎每個基因的“藍圖"，并能確定其過表達或缺失對人類發育的第一步到底會產生怎樣的影響；研究者并不會一個接一個地分析基因，而是會同時觀察數以千計的基因改變，從而確定其如何影響胚胎干細胞的增殖，以及隨后作為人類組織原料的三個生殖層是如何發展的。
闡明人類胚胎干細胞的功能是如何被遺傳學所控制的，對于理解發育生物學和再生醫學研究都至關重要；本文研究中，研究人員提供了迄今為止對hESCs中基因功能*泛的分析。這篇研究中，研究人員對大約1.8個基因進行敲除并過表達了1.2萬個基因，他們注意到了控制多能性或分化潛能的hESC基因鎖發揮的*作用。當研究人員剔除一些的基因（包括OCT4和SOX2）時，干細胞竟然會增加對死亡的抵抗力，這就表明，在正常情況下，多能性的調節子或會促進細胞凋亡通路；研究者假設，多能性和嚴格規范化的細胞死亡之間的遺傳性關聯或能確保如果干細胞被損傷的話，其就會在胚胎發育早期階段被破壞，以免影響其后期所分化細胞和組織的功能。
這些相互關聯的行為在一種名為SAGA復合體的多能性調節子中表現地尤為明顯；研究者發現，在缺失SAGA復合體時hESCs并不太容易發生死亡；此外，SAGA的缺失也會抑制所有三個生殖層（內胚層、中胚層和外胚層）的發育，這就證明為SAGA復合體在一系列hESCs活性中的核心作用。最后研究者觀察到，調節三個生殖層形成的多個基因在體細胞中過表達或表達不足時就會轉變為促進癌癥生長的因素。
除了能為研究癌癥的遺傳基礎提供新的視角外，本文研究中研究人員進行的高通量遺傳篩查還能幫助指導未來科學家們所進行的再生生物學研究。研究者表示，遺傳篩查能提供一個很好的機會來探索遺傳網絡如何促進相互作用的細胞行為，比如生長、分化和生存；這種方法還能幫助再生和發育生物學家系統性地繪制出參與特定組織形成的遺傳網絡，并通過操控這些基因更加有效地通過干細胞分化出多種類型的人類組織。綜上，本文研究結果揭示了整合性的多層遺傳篩查手段繪制復雜的遺傳網絡的強大能力。